遺傳學_基因與發(fā)育

1、第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)育遺傳學概論發(fā)育遺傳學概論 n從生物學角度來說，從生物學角度來說，發(fā)育發(fā)育是是高等生物從受精卵開始發(fā)育，經(jīng)過 一系列細胞分裂和分化，產(chǎn)生新個體，生長繁殖的一系列過程。，生長繁殖的一系列過程。 n從遺傳學角度來說，從遺傳學角度來說，發(fā)育發(fā)育是基因按照特定的時間、空間程序表是基因按照特定的時間、空間程序表 達的過程。達的過程。 第二節(jié)第二節(jié) 基因在細胞分化和細胞決定中的作用基因在細胞分化和細胞決定中的作用 個體個體 發(fā)育發(fā)育 n細胞分化的多樣性功能細胞分化的多樣性功能 細胞分化細胞分化 形態(tài)建成形態(tài)建成 生生 長長 n生命的延續(xù)性功能生命的延續(xù)性功能 性別分化性別分化 繁繁 殖殖

2、細胞分化細胞分化 ：是指多細胞生物在由一是指多細胞生物在由一 個細胞分裂而來的子細胞群體內(nèi)，個細胞分裂而來的子細胞群體內(nèi)， 產(chǎn)生出形態(tài)上和功能上具有質(zhì)的差產(chǎn)生出形態(tài)上和功能上具有質(zhì)的差 別的兩種類型以上的細胞的現(xiàn)象。別的兩種類型以上的細胞的現(xiàn)象。 芽孢芽孢：某些桿菌在發(fā)育到某一階段時，某些桿菌在發(fā)育到某一階段時， 會在內(nèi)部形成園形或卵形的芽孢，屬于會在內(nèi)部形成園形或卵形的芽孢，屬于 細菌的休眠狀態(tài)。細菌的休眠狀態(tài)。 首先是在內(nèi)部一定的部位發(fā)生細胞質(zhì)濃縮，水首先是在內(nèi)部一定的部位發(fā)生細胞質(zhì)濃縮，水 分剩下不到分剩下不到4040，然后再形成多層厚膜。，然后再形成多層厚膜。 芽孢核心含有芽孢核心含有

3、DNADNA、RNARNA蛋白質(zhì)和酵素。外層則蛋白質(zhì)和酵素。外層則 依次包括內(nèi)膜、芽孢壁、皮質(zhì)層、外膜、芽孢依次包括內(nèi)膜、芽孢壁、皮質(zhì)層、外膜、芽孢 殼和芽孢外壁，不具通透性。有時芽孢可抵抗殼和芽孢外壁，不具通透性。有時芽孢可抵抗 150150干熱滅菌一小時。干熱滅菌一小時。 形成芽孢也是有相關(guān)基因調(diào)控的（形成芽孢也是有相關(guān)基因調(diào)控的（因子決定因子決定 一組基因的表達一組基因的表達 ） 。 一、單細胞生物的細胞分化和發(fā)育的基因調(diào)控一、單細胞生物的細胞分化和發(fā)育的基因調(diào)控 n特化（特化（specification）：）：細胞或組織按照已經(jīng)被決定的命運自細胞或組織按照已經(jīng)被決定的命運自 主地進行分

4、化，形成特異性組織或細胞地過程。主地進行分化，形成特異性組織或細胞地過程。 例如：被決定命運的細胞，按照指令繼續(xù)分化成特定的組織，形成體節(jié)，器例如：被決定命運的細胞，按照指令繼續(xù)分化成特定的組織，形成體節(jié)，器 官等不同形態(tài)。官等不同形態(tài)。 二、多細胞生物的細胞分化和細胞決定二、多細胞生物的細胞分化和細胞決定 n決定（決定（determination）: 早期胚胎期早期胚胎期 間的全能或多能干細胞在基因的調(diào)控下，間的全能或多能干細胞在基因的調(diào)控下， 確定了特定細胞的分化趨勢，即指定了確定了特定細胞的分化趨勢，即指定了 這些細胞的分化命運。這些細胞的分化命運。 例如：受精卵分裂成例如：受精卵分裂成

5、512個細胞時所有細胞已個細胞時所有細胞已 經(jīng)定位，并確定了特定細胞的形態(tài)建成等命運。經(jīng)定位，并確定了特定細胞的形態(tài)建成等命運。 細胞定向（細胞定向（commitment）：決定和特化）：決定和特化 三、秀麗隱桿線蟲的細胞特化三、秀麗隱桿線蟲的細胞特化 非常小而且是透明，便于觀察非常小而且是透明，便于觀察 活的完整線蟲的內(nèi)部構(gòu)造，并活的完整線蟲的內(nèi)部構(gòu)造，并 且能直接觀察線蟲發(fā)育過程中且能直接觀察線蟲發(fā)育過程中 單個細胞的遷移、分裂以及死單個細胞的遷移、分裂以及死 亡，從而使人們能了解線蟲發(fā)亡，從而使人們能了解線蟲發(fā) 育過程中各個細胞的命運。育過程中各個細胞的命運。 成年線蟲總共才成年線蟲總共

6、才10901090個細胞個細胞, , 131131個進入細胞編程性死亡，個進入細胞編程性死亡， 每條線蟲只有每條線蟲只有959959的體細胞。的體細胞。 （1 1）確定了線蟲發(fā)育過程中每一個細胞的分裂和分化及其最終的）確定了線蟲發(fā)育過程中每一個細胞的分裂和分化及其最終的 命運。命運。 P P顆粒顆粒 不對稱分裂不對稱分裂 英國約翰英國約翰蘇爾斯頓、美國羅伯特蘇爾斯頓、美國羅伯特霍維茨霍維茨： 131131個進入細胞編程性死亡，將個進入細胞編程性死亡，將 這些細胞死亡解釋為這些細胞死亡解釋為“細胞程序細胞程序 性死亡性死亡”，并且仔細地描述了在，并且仔細地描述了在 這一過程中細胞經(jīng)歷的變化。這一

7、過程中細胞經(jīng)歷的變化。 科學家們發(fā)現(xiàn)，在脊椎動物和非科學家們發(fā)現(xiàn)，在脊椎動物和非 脊椎動物的正常發(fā)育過程中都存脊椎動物的正常發(fā)育過程中都存 在細胞正常死亡的現(xiàn)象，這些細在細胞正常死亡的現(xiàn)象，這些細 胞的死亡都伴隨著一系列的形態(tài)胞的死亡都伴隨著一系列的形態(tài) 改變，不對周邊細胞產(chǎn)生影響改變，不對周邊細胞產(chǎn)生影響。 2002年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎 （2 2）細胞程序性死亡）細胞程序性死亡 本該死亡的基因不死亡，導致癌的本該死亡的基因不死亡，導致癌的 形成或自身免疫性疾病。形成或自身免疫性疾病。 本該不進入死亡程序的細胞發(fā)生死本該不進入死亡程序的細胞發(fā)生死 亡，引起中風或老年性癡

8、呆等疾病。亡，引起中風或老年性癡呆等疾病。 許多種類型的神經(jīng)元，有一半會在許多種類型的神經(jīng)元，有一半會在 發(fā)育過程中進入細胞程序性死亡。發(fā)育過程中進入細胞程序性死亡。 消除在錯誤部位生長的神經(jīng)元，也消除在錯誤部位生長的神經(jīng)元，也 可使神經(jīng)元與受其刺激的靶細胞在可使神經(jīng)元與受其刺激的靶細胞在 數(shù)量上保持平衡。數(shù)量上保持平衡。 （1 1）發(fā)育中）發(fā)育中具有重要作用具有重要作用 3、細胞編程性死亡的意義、細胞編程性死亡的意義 （2 2）是一種細胞的利他性死亡）是一種細胞的利他性死亡 高等植物的木質(zhì)部細胞程序性死亡，構(gòu)高等植物的木質(zhì)部細胞程序性死亡，構(gòu) 成了輸送液體的管道，使植株得以生長。成了輸送液體

9、的管道，使植株得以生長。 在植物發(fā)育過程中有一種超敏反應(yīng)，細在植物發(fā)育過程中有一種超敏反應(yīng)，細 菌感染時，不僅殺死自身，而且使周圍菌感染時，不僅殺死自身，而且使周圍 的細胞發(fā)生變化乃至死亡。這是防止細的細胞發(fā)生變化乃至死亡。這是防止細 菌在細胞中增殖和傳播的一種防御保護菌在細胞中增殖和傳播的一種防御保護 機制。這是一種重要的植物免疫機制。機制。這是一種重要的植物免疫機制。 動物，如兩棲類的青蛙，當蝌蚪變成為動物，如兩棲類的青蛙，當蝌蚪變成為 青蛙時，構(gòu)成尾巴的細胞就進入程序性青蛙時，構(gòu)成尾巴的細胞就進入程序性 死亡而使尾巴脫落。死亡而使尾巴脫落。 生理性的細胞死亡與基因表達密切相關(guān)。生理性的細

10、胞死亡與基因表達密切相關(guān)。 細胞的死亡總是發(fā)生在確定的發(fā)育階段和確定的細胞。細胞的死亡總是發(fā)生在確定的發(fā)育階段和確定的細胞。 4 4、調(diào)控細胞凋亡的主要基因、調(diào)控細胞凋亡的主要基因 例如：例如： 線蟲在發(fā)育過程中，線蟲在發(fā)育過程中，10901090個體細胞中有個體細胞中有131131個注定要死亡；個注定要死亡； 線蟲的第一期幼蟲有線蟲的第一期幼蟲有6 6個外胚層生成區(qū)（個外胚層生成區(qū)（ectoblastectoblast，V1-V6V1-V6），其中），其中V5V5負責負責 產(chǎn)生神經(jīng)元突起：包括產(chǎn)生神經(jīng)元突起：包括2 2個神經(jīng)元，一個為產(chǎn)多巴胺的神經(jīng)元（個神經(jīng)元，一個為產(chǎn)多巴胺的神經(jīng)元（DND

11、N），另一），另一 個為非產(chǎn)多巴胺的神經(jīng)元（個為非產(chǎn)多巴胺的神經(jīng)元（N N）；以及）；以及2 2個輔助細胞，即鞘細胞（個輔助細胞，即鞘細胞（sheath sheath cellcell，SHSH）和槽細胞（）和槽細胞（socket cellsocket cell，SOSO），同時還有一個注定要死亡的細），同時還有一個注定要死亡的細 胞（胞（X X）。）。 這些基因被命名為這些基因被命名為cedced基因?；?。 cedced3 3和和cedced4 4使細胞進入使細胞進入 程序性死亡，當這程序性死亡，當這2 2個基因中個基因中 有一個發(fā)生突變時，可使細有一個發(fā)生突變時，可使細 胞不出現(xiàn)程序性死

12、亡；胞不出現(xiàn)程序性死亡； cedced9 9的作用正好相反，是的作用正好相反，是 細胞死亡的負調(diào)控基因，只細胞死亡的負調(diào)控基因，只 有當它發(fā)生突變喪失原有功有當它發(fā)生突變喪失原有功 能時，才是致死的。能時，才是致死的。 線蟲細胞程序性死亡至少有線蟲細胞程序性死亡至少有1414個基因起作用個基因起作用 1 1個成熟卵、個成熟卵、2 2個極體個極體 （包被在透明帶里）（包被在透明帶里）。 一、受精一、受精 受精：受精：生物的雌雄配子（精子和卵）通過受精成為合子的過程。生物的雌雄配子（精子和卵）通過受精成為合子的過程。 卵原細胞卵原細胞 卵母細胞卵母細胞（1 1） 精母細胞精母細胞 精原細胞精原細胞

13、 初級精母細胞初級精母細胞（1 1） 次級精母細胞次級精母細胞 精子精子（4 4） 第三節(jié)第三節(jié) 早期胚胎發(fā)育早期胚胎發(fā)育 受精卵不斷的快速分裂成較小的細胞受精卵不斷的快速分裂成較小的細胞, , 叫叫卵裂卵裂。 二、卵裂二、卵裂 第一次卵裂和第二次卵裂都是縱向分第一次卵裂和第二次卵裂都是縱向分 裂，第三次分裂則是橫向分裂，是不裂，第三次分裂則是橫向分裂，是不 均等的水平分裂，生成的均等的水平分裂，生成的8 8個卵裂球中，個卵裂球中， 上面的上面的4 4個體積小，下面的個體積小，下面的4 4個體積大，個體積大， 含有大量卵黃（含有大量卵黃（yolkyolk）顆粒。）顆粒。 卵裂產(chǎn)生的細胞稱為卵裂

14、球。卵裂產(chǎn)生的細胞稱為卵裂球。 每種物種均有其特有的胚胎卵裂圖式每種物種均有其特有的胚胎卵裂圖式 果果 蠅蠅人人 類類 胚泡中分化出現(xiàn)：滋養(yǎng)層細胞；內(nèi)細胞團胚泡中分化出現(xiàn)：滋養(yǎng)層細胞；內(nèi)細胞團 三、胚層分化三、胚層分化和干細胞和干細胞 在在8個卵裂球期，每個卵裂球個卵裂球期，每個卵裂球 在生化、形態(tài)和發(fā)育潛能上都在生化、形態(tài)和發(fā)育潛能上都 沒有差別，也就是在發(fā)育上是沒有差別，也就是在發(fā)育上是 全能的。全能的。 可是當卵裂球成團結(jié)合時，細可是當卵裂球成團結(jié)合時，細 胞處在外層還是內(nèi)層，會使以胞處在外層還是內(nèi)層，會使以 后生成的卵裂球出現(xiàn)了不同的后生成的卵裂球出現(xiàn)了不同的 生物學功能。處在外層的細

15、胞生物學功能。處在外層的細胞 生成滋養(yǎng)層，而處在內(nèi)層的細生成滋養(yǎng)層，而處在內(nèi)層的細 胞則生成內(nèi)細胞團而產(chǎn)生胚胎胞則生成內(nèi)細胞團而產(chǎn)生胚胎 （幾個細胞？）。（幾個細胞？）。 1.1. 如果胚泡中只有一個細胞形成以如果胚泡中只有一個細胞形成以 后的胚胎，則生下小鼠的毛色或后的胚胎，則生下小鼠的毛色或 者全是黑色，或者全是白色。者全是黑色，或者全是白色。 2.2. 如果胚泡中有兩個細胞參與胚胎如果胚泡中有兩個細胞參與胚胎 的生成，則異決表型小鼠的數(shù)目的生成，則異決表型小鼠的數(shù)目 應(yīng)占子代中的半數(shù)（應(yīng)占子代中的半數(shù)（1ww1ww：2wB2wB： 1BB1BB），）， 3.3. 如果胚泡中的如果胚泡中的

16、3 3個細胞生成胚胎，個細胞生成胚胎， 則異決表型小鼠應(yīng)占則異決表型小鼠應(yīng)占7575（1www1www： 3wwB3wwB：3wBB3wBB：1BBB1BBB）；）； 4.4. 如果胚泡中的如果胚泡中的4 4個細胞生成胚胎，個細胞生成胚胎， 則毛色黑白相間小鼠的概率為則毛色黑白相間小鼠的概率為 87.587.5。 異決表型小鼠試驗異決表型小鼠試驗：將基因型不同的兩種小鼠，例如皮毛為黑色的和白將基因型不同的兩種小鼠，例如皮毛為黑色的和白 色的兩種小鼠的色的兩種小鼠的8 8細胞期胚胎去除透明帶后人工聚集成為一個胚胎，形成一個細胞期胚胎去除透明帶后人工聚集成為一個胚胎，形成一個 共同的胚泡后，生下的

17、小鼠中有毛色黑白相間的異決表型小鼠，即這種小鼠共同的胚泡后，生下的小鼠中有毛色黑白相間的異決表型小鼠，即這種小鼠 兼有兩種基因型的細胞。兼有兩種基因型的細胞。 原腸胚（原腸胚（gastrulation）形成期）形成期 原始胚層原始胚層(germlayer) a)外胚層外胚層(ectoderm)：表皮，毛發(fā)，指甲。表皮，毛發(fā)，指甲。 b)中胚層中胚層(mesoderm):結(jié)締組織，骨，血液，心，平滑肌，結(jié)締組織，骨，血液，心，平滑肌， 睪丸，卵巢。睪丸，卵巢。 c)內(nèi)胚層（內(nèi)胚層（endoderm）：）：消化道，尿道，肝，膽，胰腺。消化道，尿道，肝，膽，胰腺。 哺乳動物原腸胚生成過程中，母體基因

18、組和父體基因組起著不哺乳動物原腸胚生成過程中，母體基因組和父體基因組起著不 同的作用。精子來源的基因可能是絨毛膜正常發(fā)育所需，而卵同的作用。精子來源的基因可能是絨毛膜正常發(fā)育所需，而卵 來源的基因，則為胎兒發(fā)育本身所必需。基因組印記的實例。來源的基因，則為胎兒發(fā)育本身所必需?；蚪M印記的實例。 由父體來源的單親二倍體小鼠胚胎可以進一步發(fā)育由父體來源的單親二倍體小鼠胚胎可以進一步發(fā)育 生成正常的絨毛膜，但胚胎卻因有缺陷而死亡；生成正常的絨毛膜，但胚胎卻因有缺陷而死亡； 由母體來源的單親二倍體小鼠胚胎能發(fā)育成正常的由母體來源的單親二倍體小鼠胚胎能發(fā)育成正常的 胎鼠，可是卻因絨毛膜的缺陷而死亡。胎鼠

19、，可是卻因絨毛膜的缺陷而死亡。 3 3種胚層經(jīng)過了細胞分化生成各種器官的原基，如肢、眼、種胚層經(jīng)過了細胞分化生成各種器官的原基，如肢、眼、 心等原基，這是心等原基，這是器官生成器官生成。 原基先是生成微小而精確的結(jié)構(gòu)，然后逐漸長大，在生物原基先是生成微小而精確的結(jié)構(gòu)，然后逐漸長大，在生物 體的各個正確部位長成各種器官和組織，這是體的各個正確部位長成各種器官和組織，這是形態(tài)建成形態(tài)建成。 神經(jīng)管胚形成期神經(jīng)管胚形成期 器官器官 生成生成 形態(tài)形態(tài) 建成建成 人的發(fā)育過程人的發(fā)育過程 干細胞（干細胞（stem cell） 干細胞干細胞：能不斷增殖更新自身，具有分化能力的細胞。：能不斷增殖更新自身，

20、具有分化能力的細胞。 全能干細胞（全能干細胞（totipotent）:能夠分化產(chǎn)生各種細胞直至個體的細胞。能夠分化產(chǎn)生各種細胞直至個體的細胞。 例如胚胎干細胞（例如胚胎干細胞（embryonic stem cell）。）。 多能干細胞（多能干細胞（pluripotent stem cell）:具有多種分化能力的細胞。具有多種分化能力的細胞。 例如不同胚層的特異性細胞可以分化形成特定的組織和器官。例如不同胚層的特異性細胞可以分化形成特定的組織和器官。 多效干細胞（多效干細胞（multipotent stem cell）：）：具有專一分化能力的細胞。具有專一分化能力的細胞。 例如骨髓中的造血干細胞

21、。例如骨髓中的造血干細胞。 全全 能能 干細胞干細胞 多多 能能 干細胞干細胞 多多 效效 干細胞干細胞 1.1. 前、后軸方向（頭尾）前、后軸方向（頭尾） 2.2. 背、腹軸方向背、腹軸方向 3.3. 左、右左、右軸方向軸方向 第四節(jié)第四節(jié) 基因在胚胎極性生成中的作用基因在胚胎極性生成中的作用 孔孔 細細 胞胞 在胚胎發(fā)育過程中，各種在胚胎發(fā)育過程中，各種 類型的細胞特化方向：類型的細胞特化方向： 原腸胚生成期：原腸胚生成期： 腹溝形成腹溝形成 頭溝形成頭溝形成 孔細胞（含極質(zhì)、孔細胞（含極質(zhì)、P P顆粒）進顆粒）進 入胚胎內(nèi)部入胚胎內(nèi)部 一、果蠅胚胎極性的形成一、果蠅胚胎極性的形成 受精后

22、母體效應(yīng)的信息貯存在卵的皮殼受精后母體效應(yīng)的信息貯存在卵的皮殼 （cortexcortex）中，使卵有前后和腹背的取向。）中，使卵有前后和腹背的取向。 成熟卵中貯存母體效應(yīng)信息的成熟卵中貯存母體效應(yīng)信息的mRNAmRNA是通過是通過1515 個二倍體的滋養(yǎng)細胞個二倍體的滋養(yǎng)細胞( (護衛(wèi)細胞護衛(wèi)細胞) )分泌進卵細分泌進卵細 胞質(zhì)。在滋養(yǎng)細胞中，可以檢測到以后將在胞質(zhì)。在滋養(yǎng)細胞中，可以檢測到以后將在 卵母細胞中出現(xiàn)的與背部生成有關(guān)的卵母細胞中出現(xiàn)的與背部生成有關(guān)的mRNAmRNA。 二、果蠅背腹軸極性形成中基因的作用二、果蠅背腹軸極性形成中基因的作用 果蠅背腹軸極性化已知涉及果蠅背腹軸極性化

23、已知涉及1010個基因。卵細個基因。卵細 胞的這胞的這1010個基因發(fā)生突變或缺失，即使精子個基因發(fā)生突變或缺失，即使精子 可以提供一份完整的野生型基因，胚胎也無可以提供一份完整的野生型基因，胚胎也無 法正常發(fā)育。法正常發(fā)育。 母體背部基因的母體背部基因的RNARNA在卵受精后在卵受精后90min90min 時才翻譯產(chǎn)生背部蛋白質(zhì)。時才翻譯產(chǎn)生背部蛋白質(zhì)。 當合胞體細胞形成許多細胞時，當合胞體細胞形成許多細胞時，背部背部 蛋白質(zhì)進入合胞體腹側(cè)的細胞核，細蛋白質(zhì)進入合胞體腹側(cè)的細胞核，細 胞核的腹化基因被激活，背化基因被胞核的腹化基因被激活，背化基因被 抑制抑制分化出腹化細胞；分化出腹化細胞；

24、如果背部蛋白質(zhì)沒有進入細胞核，則如果背部蛋白質(zhì)沒有進入細胞核，則 細胞核的腹化基因不能激活，背化基細胞核的腹化基因不能激活，背化基 因不被抑制因不被抑制分化出背化細胞。分化出背化細胞。 前端組前端組 織中心織中心 后端組后端組 織中心織中心 1 1、母體效應(yīng)基因、母體效應(yīng)基因 在昆蟲卵里至少有在昆蟲卵里至少有2 2個組織中心，即前端組織個組織中心，即前端組織 中心和后端組織中心。分別從這兩端開始，形中心和后端組織中心。分別從這兩端開始，形 成兩個梯度而產(chǎn)生兩個組織區(qū)域。每個梯度在成兩個梯度而產(chǎn)生兩個組織區(qū)域。每個梯度在 胚胎的端部生成其自身的結(jié)構(gòu)；兩個梯度間的胚胎的端部生成其自身的結(jié)構(gòu)；兩個梯

25、度間的 相互作用，則生成胚胎中間部分的結(jié)構(gòu)。相互作用，則生成胚胎中間部分的結(jié)構(gòu)。 母體母體Bicoid（bcd）和合子）和合子Hunchback（hb） 決定胚胎前端的形態(tài)，決定胚胎前端的形態(tài)，bcd基因失活會引起頭基因失活會引起頭 胸部缺失，并使頭區(qū)變?yōu)槲补?jié)的特征。胸部缺失，并使頭區(qū)變?yōu)槲补?jié)的特征。 Nanos（nos）和）和Caudal（cdl）等決定后端）等決定后端 的形態(tài)，的形態(tài)，Torso（tor）決定胚胎末端的形態(tài)，）決定胚胎末端的形態(tài)， 這些基因共同決定胚胎的前后軸。這些基因共同決定胚胎的前后軸。 三、果蠅前后軸極性的發(fā)生三、果蠅前后軸極性的發(fā)生 正常正常 如果把發(fā)育早期的卵切成

26、兩半，前端和后如果把發(fā)育早期的卵切成兩半，前端和后 端分開，然后把一個卵的前半部和另一個端分開，然后把一個卵的前半部和另一個 卵的后半部連接起來，結(jié)果前半個卵發(fā)育卵的后半部連接起來，結(jié)果前半個卵發(fā)育 出前端胚胎，后半個卵發(fā)育出后端胚胎，出前端胚胎，后半個卵發(fā)育出后端胚胎， 但都沒有胚胎中部的體節(jié)。但都沒有胚胎中部的體節(jié)。 如果是在卵的發(fā)育后期切割后再連接，則如果是在卵的發(fā)育后期切割后再連接，則 會生成一些中部體節(jié)。這個實驗證明，在會生成一些中部體節(jié)。這個實驗證明，在 卵裂期間，卵的兩端確有控制胚胎發(fā)育的卵裂期間，卵的兩端確有控制胚胎發(fā)育的 梯度，這兩種梯度間的相互作用產(chǎn)生了位梯度，這兩種梯度間

27、的相互作用產(chǎn)生了位 置信息，決定每個體節(jié)的實體。置信息，決定每個體節(jié)的實體。 葉蟬胚胎連接實驗葉蟬胚胎連接實驗 （1 1）裂隙基因）裂隙基因 gap gene 這是一些受母體效應(yīng)基因調(diào)控的合子這是一些受母體效應(yīng)基因調(diào)控的合子 基因，在胚胎的一定區(qū)域（約基因，在胚胎的一定區(qū)域（約2 2個體節(jié)個體節(jié) 的寬度）內(nèi)表達的寬度）內(nèi)表達 這些基因如發(fā)生突變，則會使胚胎體這些基因如發(fā)生突變，則會使胚胎體 節(jié)圖式出現(xiàn)節(jié)圖式出現(xiàn)裂隙裂隙 這是胚胎轉(zhuǎn)錄的第一批基因這是胚胎轉(zhuǎn)錄的第一批基因 裂隙裂隙 基因基因2 2、分節(jié)基因、分節(jié)基因 hunchback基因受基因受bcd基因調(diào)控而轉(zhuǎn)錄基因調(diào)控而轉(zhuǎn)錄 表達第一個合子

28、基因。表達第一個合子基因。 Bicoid蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合hunchback基因，激基因，激 活活hunchback基因轉(zhuǎn)錄，形成頭胸。突基因轉(zhuǎn)錄，形成頭胸。突 變時，不生成頭和胸。變時，不生成頭和胸。 Nanos蛋白質(zhì)則在后部抑制蛋白質(zhì)則在后部抑制hunchback 基因基因mRNA的翻譯的翻譯，形成腹部，形成腹部。 Nanos 蛋白質(zhì)缺失，抑制蛋白質(zhì)缺失，抑制形成腹部。形成腹部。 hunchback基因基因 裂隙基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物使成對規(guī)則基因裂隙基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物使成對規(guī)則基因 在間隔體節(jié)的原基中轉(zhuǎn)錄，把寬闊的裂在間隔體節(jié)的原基中轉(zhuǎn)錄，把寬闊的裂 隙基因表達范圍分成隙基因表達范圍分成7 7

29、個帶區(qū)。個帶區(qū)。 成對規(guī)則基因突變的結(jié)果是每隔一個體成對規(guī)則基因突變的結(jié)果是每隔一個體 節(jié)就缺失一部分節(jié)就缺失一部分(ftz(ftz基因突變純合子，基因突變純合子， 體節(jié)只有正常的一半，體節(jié)只有正常的一半，7 7個體節(jié)（偶數(shù)）個體節(jié)（偶數(shù)） 消失消失) )。 已知有已知有3 3個基因：個基因：hairyhairy、evenevenskippedskipped 和和runtrunt是初級成對規(guī)則基因，它們直接是初級成對規(guī)則基因，它們直接 受裂隙基因的蛋白質(zhì)所調(diào)控。受裂隙基因的蛋白質(zhì)所調(diào)控。 （2 2）成對規(guī)則基因（）成對規(guī)則基因（pairrule genespairrule genes） 成對規(guī)

30、成對規(guī) 則基因則基因 2 2、分節(jié)基因、分節(jié)基因 體節(jié)極性基因的轉(zhuǎn)錄圖式是受成對規(guī)則基因體節(jié)極性基因的轉(zhuǎn)錄圖式是受成對規(guī)則基因 pairpairrulerule基因所調(diào)控，這類基因的功能是?；蛩{(diào)控，這類基因的功能是保 持每一體節(jié)中的某些重復結(jié)構(gòu)，持每一體節(jié)中的某些重復結(jié)構(gòu)，體節(jié)極性基因體節(jié)極性基因 在每個體節(jié)內(nèi)部調(diào)控其發(fā)育模式，包括極性。在每個體節(jié)內(nèi)部調(diào)控其發(fā)育模式，包括極性。 當這類基因發(fā)生突變后，會使每一體節(jié)的一部當這類基因發(fā)生突變后，會使每一體節(jié)的一部 分結(jié)構(gòu)缺失，而被該體節(jié)的另一部分的鏡像結(jié)分結(jié)構(gòu)缺失，而被該體節(jié)的另一部分的鏡像結(jié) 構(gòu)所替代。例如：構(gòu)所替代。例如：engrailen

31、grail基因是保持前后體節(jié)基因是保持前后體節(jié) 間的分界，間的分界，engrailengrail突變型胚胎則出現(xiàn)前后體節(jié)突變型胚胎則出現(xiàn)前后體節(jié) 融合為一，即每一體節(jié)的后半部被后一個體節(jié)融合為一，即每一體節(jié)的后半部被后一個體節(jié) 的前半部的重復結(jié)構(gòu)所替代。的前半部的重復結(jié)構(gòu)所替代。 （3 3）體節(jié)極性基因）體節(jié)極性基因 2 2、分節(jié)基因、分節(jié)基因 體節(jié)極性基因又激活同源異形基因體節(jié)極性基因又激活同源異形基因，同，同 源異形基因負責確定每一個體節(jié)的特征源異形基因負責確定每一個體節(jié)的特征 結(jié)構(gòu)。眼睛、觸角、腿、翅膀等。結(jié)構(gòu)。眼睛、觸角、腿、翅膀等。 同源異形基因發(fā)生突變會使一個體節(jié)上同源異形基因發(fā)生

32、突變會使一個體節(jié)上 長出另一個體節(jié)的特征性結(jié)構(gòu)。例如，長出另一個體節(jié)的特征性結(jié)構(gòu)。例如， 果蠅長觸角的部位長出一個腿節(jié)，果蠅果蠅長觸角的部位長出一個腿節(jié)，果蠅 胸節(jié)上長出兩對翅膀。胸節(jié)上長出兩對翅膀。 同源異形基因序列中都有一個同源異形基因序列中都有一個180180個核個核 苷酸的保守序列，編碼苷酸的保守序列，編碼6060個氨基酸。這個氨基酸。這 1 8 01 8 0 個 核 苷 酸 序 列 稱 為個 核 苷 酸 序 列 稱 為 同 源 框同 源 框 (homeobox)(homeobox)，6060個氨基酸殘基則成為同個氨基酸殘基則成為同 源異形基因編碼蛋白質(zhì)中的源異形基因編碼蛋白質(zhì)中的同源

33、異形域同源異形域 (homeodomain)(homeodomain) 3 3、同源異形基因、同源異形基因 母體效應(yīng)基因母體效應(yīng)基因bcdbcd Hunchback蛋白質(zhì)梯度蛋白質(zhì)梯度 裂隙基因裂隙基因 成對規(guī)則基因成對規(guī)則基因 體節(jié)極性基因體節(jié)極性基因 Bicoid蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 同源異形基因同源異形基因 胚胎形體的發(fā)育胚胎形體的發(fā)育 1.體軸體軸 (母體基因母體基因) 2.分節(jié)（分節(jié)基因）分節(jié)（分節(jié)基因） 3.體節(jié)特征（同源異型基因）體節(jié)特征（同源異型基因） 由多個基因群形成由多個基因群形成 的多層次網(wǎng)絡(luò)控制的多層次網(wǎng)絡(luò)控制 級聯(lián)反應(yīng)級聯(lián)反應(yīng)是指一些基因的表達產(chǎn)物可激活另一些基因的活性；這些

34、激活是指一些基因的表達產(chǎn)物可激活另一些基因的活性；這些激活 的基因的產(chǎn)物，又調(diào)控另外一些基因的表達。的基因的產(chǎn)物，又調(diào)控另外一些基因的表達。 裂隙基因裂隙基因 成對規(guī)則基因成對規(guī)則基因 體節(jié)極性基因體節(jié)極性基因 四、哺乳動物的同源異形基因四、哺乳動物的同源異形基因 哺乳動物胚胎的前后軸與果蠅一樣哺乳動物胚胎的前后軸與果蠅一樣 也是由同源異形基因特化的。也是由同源異形基因特化的。果蠅果蠅 和脊椎動物是在和脊椎動物是在5 5億年前趨異進化億年前趨異進化 的。的。 同源異形框在進化上十分保守。同源異形框在進化上十分保守。果蠅果蠅 第三號染色體上有兩個同源異形基因第三號染色體上有兩個同源異形基因 復合

35、體，統(tǒng)稱為復合體，統(tǒng)稱為HOMC，在人和小，在人和小 鼠的基因組中有鼠的基因組中有HOMC的的4份拷貝。份拷貝。 小鼠的稱為小鼠的稱為HoxA、HoxB、HoxC和和 HoxD，人的稱為，人的稱為HOXA、HOXB、 HOXC和和HOXD。 果蠅和哺乳動物的同源異形基因在染色體上的排列次序十分相似，而且基因果蠅和哺乳動物的同源異形基因在染色體上的排列次序十分相似，而且基因 表達的圖式也是相同的。表達的圖式也是相同的。 與果蠅與果蠅labial、proboscipedia和和Deformed基因基因 同源的哺乳動物同源異形基因，也同樣是在胚胎前端表達；而與果蠅同源的哺乳動物同源異形基因，也同樣是

36、在胚胎前端表達；而與果蠅Abd B同源的哺乳動物基因則在后端表達。同源的哺乳動物基因則在后端表達。 1.1. 哺乳動物的軀體結(jié)構(gòu)并不是對稱的。心臟位于胸腔的左側(cè)，哺乳動物的軀體結(jié)構(gòu)并不是對稱的。心臟位于胸腔的左側(cè)， 脾臟在腹腔的左側(cè)，肝的大葉在右側(cè)。因此，胚胎發(fā)育除了脾臟在腹腔的左側(cè)，肝的大葉在右側(cè)。因此，胚胎發(fā)育除了 前后軸和背腹軸外，還有左右軸。前后軸和背腹軸外，還有左右軸。 2.2. 不對稱機制：左右軸的生成可能在兩個層次上受到調(diào)控。不對稱機制：左右軸的生成可能在兩個層次上受到調(diào)控。 1 1）一個是全局整體層次）一個是全局整體層次。轉(zhuǎn)基因小鼠，將酪氨酸酶基因隨機地插入了。轉(zhuǎn)基因小鼠，將酪

37、氨酸酶基因隨機地插入了4 4 號染色體一個區(qū)段，把原來位置上的基因剔除了。這種插入部位的純合號染色體一個區(qū)段，把原來位置上的基因剔除了。這種插入部位的純合 小鼠在尸體解剖意外地發(fā)現(xiàn)所有這些小鼠的器官均是左右倒置的，可能小鼠在尸體解剖意外地發(fā)現(xiàn)所有這些小鼠的器官均是左右倒置的，可能 改變了與左右軸極性生成有關(guān)的基因間相互作用的復雜調(diào)控途徑。改變了與左右軸極性生成有關(guān)的基因間相互作用的復雜調(diào)控途徑。 2 2）另一個是器官專一層次。）另一個是器官專一層次。證據(jù)也是來自小鼠器官倒置突變型。這種證據(jù)也是來自小鼠器官倒置突變型。這種 突變小鼠的不對稱器官有位于左側(cè)還是位于右側(cè)的一次選擇，而決定卻突變小鼠的

38、不對稱器官有位于左側(cè)還是位于右側(cè)的一次選擇，而決定卻 是由其他器官作出的。例如，在發(fā)育的某個關(guān)鍵時期，腎上腺素可以誘是由其他器官作出的。例如，在發(fā)育的某個關(guān)鍵時期，腎上腺素可以誘 使器官左右倒置。使器官左右倒置。 五、哺乳動物的左右軸生成中的基因五、哺乳動物的左右軸生成中的基因 第五節(jié)第五節(jié) 性別決定性別決定 性別決定的類型：性別決定的類型： 基因決定型：大多數(shù)的生物 昆蟲：昆蟲： X:A 兩棲類兩棲類 zz/zw xx/xy 鳥類鳥類 zz/zw 哺乳類：哺乳類：xx/xy 環(huán)境決定型：較低等的生物中： 某些兩棲類某些兩棲類 魚類魚類 一、性染色體和常染色體套數(shù)之比決定性別一、性染色體和常染

39、色體套數(shù)之比決定性別 XY 2A 0.5 XX 2A 1.0 XO 2A 0.5 果蠅果蠅（分子（分子:分母比值）分母比值） sxl 激活激活 tra 抑制抑制 sxl 抑制抑制 tra 激活激活 1.00.5 (不育) 二、哺乳動物的性別決定二、哺乳動物的性別決定 XY XX TDF 無 睪丸 卵巢 三、三、Y Y染色體的睪丸決定基因染色體的睪丸決定基因 Testis determination SRY box gene Family （SOX9） HMG(High Mobility Group) box SRY ( Sex Determing region of the Y ) TDF (

40、Testis Determing Factor) Y Chromosome Q: XY XXY XXXY XXX XO 性別 ? 四、環(huán)境因子與性決定四、環(huán)境因子與性決定 1.1. 溫度性別決定（爬行類）溫度性別決定（爬行類） 蜥蜴蜥蜴 龜蟹龜蟹 3030 2828 2. 2. 后嗌的位置性別決定（蠕蟲）后嗌的位置性別決定（蠕蟲） （2 2）雌雌蟲蟲 雌蟲的吻雌蟲的吻 1 m 雄蟲（共生）雄蟲（共生） 1-3mm （1 1）幼蟲全是雌蟲）幼蟲全是雌蟲 10cm、吻1 m 成蟲產(chǎn)卵在海里，發(fā)育成幼蟲，不具有性別成蟲產(chǎn)卵在海里，發(fā)育成幼蟲，不具有性別 如自由生活發(fā)育成雌性，個體大，長有一個長吻如自

41、由生活發(fā)育成雌性，個體大，長有一個長吻 若幼蟲落入其口吻部，則發(fā)育成雄性，個體很小，只有雌性的若幼蟲落入其口吻部，則發(fā)育成雄性，個體很小，只有雌性的1/500 如果把落入雌蟲吻部的幼蟲移去，則發(fā)育成中間性。這是因雌性吻部有一種如果把落入雌蟲吻部的幼蟲移去，則發(fā)育成中間性。這是因雌性吻部有一種 類似激素的化學物質(zhì)影響幼蟲的性分化。類似激素的化學物質(zhì)影響幼蟲的性分化。 4. 4. 性激素性別決定性激素性別決定 金魚、羅非魚、鯉魚、鯽魚等金魚、羅非魚、鯉魚、鯽魚等 性激素誘導可發(fā)生性逆轉(zhuǎn)。性激素誘導可發(fā)生性逆轉(zhuǎn)。 3、蜜蜂的性別形成、蜜蜂的性別形成 蜜蜂在飛行中交配蜜蜂在飛行中交配,交配后雄蜂死亡，

42、蜂王得到一生所需的精子交配后雄蜂死亡，蜂王得到一生所需的精子 受精卵發(fā)育的幼蟲（受精卵發(fā)育的幼蟲（n=32），如果只吃上），如果只吃上2-3天蜂王漿則要經(jīng)天蜂王漿則要經(jīng) 過過21天才發(fā)育成不育的工蜂（職蜂），如果有幸吃上天才發(fā)育成不育的工蜂（職蜂），如果有幸吃上5天蜂王天蜂王 漿則經(jīng)過漿則經(jīng)過16天就發(fā)育成能生育的雌蜂王。天就發(fā)育成能生育的雌蜂王。 蜂王產(chǎn)下每一窩卵中未受精的發(fā)育成為雄蜂蜂王產(chǎn)下每一窩卵中未受精的發(fā)育成為雄蜂,是單倍體是單倍體n=16 一、珠蛋白基因的表達活性一、珠蛋白基因的表達活性 二、免疫球蛋白基因的重排二、免疫球蛋白基因的重排 三、控制發(fā)育的信號分子三、控制發(fā)育的信號分子 四、信號傳導四、信號傳導 第六節(jié)第六節(jié) 分化發(fā)育過程中分化發(fā)育過程中基因的活性基因的活性 本章結(jié)束，謝謝！本章結(jié)束，謝謝！ 生理性的細胞死亡與基因表達密切相關(guān)。生理性的細胞死亡與基因表達密切相關(guān)。 細胞的死亡總是發(fā)生在確定的發(fā)育階段和確定的細胞。細胞的死亡總是發(fā)生在確定的發(fā)育階段和確定的細胞。 4 4、調(diào)控細胞凋亡的主要基因、調(diào)控細胞凋亡的主要基因 例如：例如： 線蟲在發(fā)育過程中，線蟲在發(fā)育過程中，10901090個體細胞中有個體細