第10章-基因与发育-ppt课件.ppt
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1、第第10章章 基基 因因 与与 发发 育育1 234成虫成虫变态变态蛹化蛹化幼虫期幼虫期孵化孵化体节形成体节形成器官发生器官发生原肠胎形成原肠胎形成胎盘形成胎盘形成受精卵受精卵5l果蝇卵细胞在产生过程中就已经开始快速的胚胎发育。果蝇卵细胞在产生过程中就已经开始快速的胚胎发育。l 果蝇卵在卵巢管中形成。构成卵巢管管壁并围绕未来果蝇卵在卵巢管中形成。构成卵巢管管壁并围绕未来卵细胞的细胞叫卵细胞的细胞叫滤泡细胞滤泡细胞(follicle cells),), 类似于脊椎类似于脊椎动物卵巢中的卵泡细胞。每个小室中含有一个雌性原始动物卵巢中的卵泡细胞。每个小室中含有一个雌性原始生殖细胞,即生殖细胞,即卵原
2、细胞卵原细胞(oogonium)。)。67滤泡细胞滤泡细胞滋养细胞滋养细胞果蝇卵泡外表面含有一果蝇卵泡外表面含有一层滤泡细胞,它包围在层滤泡细胞,它包围在滋养细胞的四周,滋养滋养细胞的四周,滋养细胞紧靠着卵母细胞。细胞紧靠着卵母细胞。滋养细胞通过胞质桥彼滋养细胞通过胞质桥彼此相连,也和卵母细胞此相连,也和卵母细胞的两侧相通。的两侧相通。滤泡细胞滤泡细胞是体细胞,是体细胞,滋养细胞滋养细胞和和卵母细胞卵母细胞是生殖细胞。是生殖细胞。卵母细胞卵母细胞8l 卵原细胞经过四次有丝分裂成为卵原细胞经过四次有丝分裂成为16个细胞个细胞(称为并合体,(称为并合体,fusomes),通过胞质桥构成),通过胞质
3、桥构成内部连接,其中之一发育成卵母细胞,其余发内部连接,其中之一发育成卵母细胞,其余发育为抚育细胞。育为抚育细胞。l卵母细胞为双倍体,完成减数分裂后成为单卵母细胞为双倍体,完成减数分裂后成为单倍体。抚育细胞是多倍体。倍体。抚育细胞是多倍体。91. 胚胎发生的准备卵裂胚胎发生的准备卵裂l果蝇的胚胎发育非常快,在产卵后立即开始,并在果蝇的胚胎发育非常快,在产卵后立即开始,并在一天内孵化成幼虫。一天内孵化成幼虫。l果蝇卵裂异常。细胞核以每果蝇卵裂异常。细胞核以每9分钟一次的高颇率复分钟一次的高颇率复制,直至达到约有制,直至达到约有6000个核并发育成为合胞体。个核并发育成为合胞体。l当出现当出现25
4、6个以上的细胞核时,这些细胞核开始向个以上的细胞核时,这些细胞核开始向卵的外周移动,并定居到皮层组织。卵的外周移动,并定居到皮层组织。10受精卵受精卵合胞体胚囊合胞体胚囊分裂分裂18次次细胞胚囊细胞胚囊11l果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体都具有明确的前果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体都具有明确的前-后轴后轴和背和背-腹轴,其形体模式沿前腹轴,其形体模式沿前-后轴和背后轴和背-腹轴进行。腹轴进行。l果蝇胚胎和幼虫均沿前果蝇胚胎和幼虫均沿前-后轴显示规律性分节,分属后轴显示规律性分节,分属3个解剖区,从前到后称为头节,个解剖区,从前到后称为头节,3个胸节及个胸节及8个腹节。个腹节。果蝇幼虫前后端又特化产生原
5、头和尾节。果蝇幼虫前后端又特化产生原头和尾节。1213l 在果蝇发育的卵细胞阶段,由于抚育细胞和卵在果蝇发育的卵细胞阶段,由于抚育细胞和卵泡细胞的分泌和诱导,在长椭圆形的卵细胞两端泡细胞的分泌和诱导,在长椭圆形的卵细胞两端分别差异性地锚定和贮存了特异性翻译调控因子分别差异性地锚定和贮存了特异性翻译调控因子bicoid和和nanosmRNA。14l进入胚胎发育阶段后,进入胚胎发育阶段后,BICOID蛋白由前向后梯蛋白由前向后梯度性递减,度性递减,NANOS则呈梯度性递增分布。则呈梯度性递增分布。lBICOID蛋白对蛋白对caudalmRNA、NANOS蛋白对蛋白对hunchbackmRNA的翻译
6、分别具有抑制作用,使的翻译分别具有抑制作用,使HUNCHBACK蛋白含量由前向后逐渐降低,而蛋白含量由前向后逐渐降低,而CAUDAL蛋白的含量则渐次增高。蛋白的含量则渐次增高。154个形态发生决定基因参与调控胚胎前个形态发生决定基因参与调控胚胎前-后轴形成后轴形成 lbiocoid 和和hunchback调控胚胎前端结构的形成;调控胚胎前端结构的形成;lnanos和和caudal调控胚胎后端结构的形成。调控胚胎后端结构的形成。16l形态发生决定基因形态发生决定基因表达以后,首先激活表达以后,首先激活间隙间隙基因基因表达,再由间隙基因激活表达,再由间隙基因激活成对控制基因成对控制基因,由成对控制
7、基因激活由成对控制基因激活体节极性基因体节极性基因表达。表达。l间隙基因、成对控制基因及体节极性基因产间隙基因、成对控制基因及体节极性基因产物能调节物能调节同源域基因同源域基因表达,最终决定每个体节表达,最终决定每个体节的命运。的命运。17Krppel是转录因子,是转录因子,锌指蛋白,属锌指蛋白,属Gap基因基因Knirps是转录因子,是转录因子,属属Gap基因基因Sex combs reduced genel母源性基因母源性基因lHB蛋白浓度梯度蛋白浓度梯度l间隙基因间隙基因l成对控制基因成对控制基因l体节极性基因体节极性基因l同源异型基因前同源异型基因前端端后端后端 果蝇胚胎模式建立过程中
8、关键基因的表达顺序果蝇胚胎模式建立过程中关键基因的表达顺序183TORSO信号途径控制的末端系统信号途径控制的末端系统l如果控制前端和后端系统的基因都发生突变,果蝇如果控制前端和后端系统的基因都发生突变,果蝇仍可在第三个前仍可在第三个前-后轴确定系统(末端系统)的作用下后轴确定系统(末端系统)的作用下发育成具有两个尾节的胚胎。发育成具有两个尾节的胚胎。l该系统包括大约该系统包括大约9个母源效应基因。个母源效应基因。torso是关键基因,是关键基因,编码了跨膜酪氨酸激酶受体,在整个合胞体胚胎的表编码了跨膜酪氨酸激酶受体,在整个合胞体胚胎的表面表达。面表达。19 toll基因产物是卵细胞上的跨膜受
9、体蛋白,其作基因产物是卵细胞上的跨膜受体蛋白,其作用是感知外部信号并提示胚胎在何处产生腹侧。该受用是感知外部信号并提示胚胎在何处产生腹侧。该受体与调控果蝇腹侧发育的外部信号可能是由一种蛋白体与调控果蝇腹侧发育的外部信号可能是由一种蛋白酶从锚定复合体中释放出并定位于卵细胞周围外卵黄酶从锚定复合体中释放出并定位于卵细胞周围外卵黄膜上或附近的母源效应基因膜上或附近的母源效应基因spatzl的表达产物。的表达产物。20l Spatzl前体定位于卵子的腹侧而不是背侧,因为只前体定位于卵子的腹侧而不是背侧,因为只有在腹侧的受体能找到配基。有在腹侧的受体能找到配基。l 被配基占据的受体能使被配基占据的受体能
10、使DORSAL蛋白磷酸化从而蛋白磷酸化从而引起该蛋白的重新分布,保证胚胎腹侧的细胞核中引起该蛋白的重新分布,保证胚胎腹侧的细胞核中DORSAL蛋白浓度较高。胚胎中蛋白浓度较高。胚胎中dorsal基因缺失时,基因缺失时,胚胎不能产生腹侧结构。胚胎不能产生腹侧结构。21 在果蝇早期胚中位置信息建立了背腹轴在果蝇早期胚中位置信息建立了背腹轴核梯度和核梯度和DL蛋白(蛋白(dolsa的产物)的胞质定位。的产物)的胞质定位。SPZ配体和配体和TOLL受体结合,受体结合,通过通过TUB和和PLL两种蛋白激活单个的传导级联,使两种蛋白激活单个的传导级联,使DL磷酸化,并从磷酸化,并从CACT中中释放出,然后
11、能移入核,在核中它作为释放出,然后能移入核,在核中它作为DV主要基因的转录因子。主要基因的转录因子。CACT(cactus仙人掌)仙人掌)(spaetzle)卵周膜卵周液Dorsalcactus225控制果蝇躯体分节或影响体节发育的基因控制果蝇躯体分节或影响体节发育的基因l在合胞体囊胚层中,胚胎细胞开始转录和表达自身在合胞体囊胚层中,胚胎细胞开始转录和表达自身基因产物(主要是转录调控因子)。这些蛋白在体基因产物(主要是转录调控因子)。这些蛋白在体内并不呈均匀分布,而是在空间上被限制在某些表内并不呈均匀分布,而是在空间上被限制在某些表达区,形成特殊的表达模式。达区,形成特殊的表达模式。23(1)
12、间隙基因)间隙基因 这类基因包括这类基因包括hunchback(hb)、)、krppel 和和Knirps(kni)等。这些基因的表达很有特点,最)等。这些基因的表达很有特点,最初在整个胚胎中都有很弱的表达,以后随着卵裂初在整个胚胎中都有很弱的表达,以后随着卵裂的进行而逐渐变转成一些不连续的表达区带。的进行而逐渐变转成一些不连续的表达区带。24(2)成对规则基因)成对规则基因 这些基因一般以两个体节为单位相互间隔一这些基因一般以两个体节为单位相互间隔一个副体节表达,其分布具有周期性。其功能是把个副体节表达,其分布具有周期性。其功能是把间隙基因确定的区域进一步分化成体节。成对规间隙基因确定的区域
13、进一步分化成体节。成对规则基因的表达是胚胎出现分节的最早标志之一,则基因的表达是胚胎出现分节的最早标志之一,它们沿前它们沿前-后轴形成斑马纹状的条带分布,正好把后轴形成斑马纹状的条带分布,正好把胚胎分为预定的体节。胚胎分为预定的体节。25配对规则基因配对规则基因ftz(蓝色)和(蓝色)和eve(棕色)(棕色)在晚期囊胚中的表达模式在晚期囊胚中的表达模式26(3)体节极化基因)体节极化基因 当果蝇体节极化基因发生突变时,每个体节当果蝇体节极化基因发生突变时,每个体节都会缺失一个特定的区域。都会缺失一个特定的区域。engrailed(en)和)和wingless(wn)基因是两个最重要的体节极化基
14、)基因是两个最重要的体节极化基因。因。27u这两个基因表达的区域确立了副体节的界线。这两个基因表达的区域确立了副体节的界线。uen和和wg受含有同源异型框的成对规则基因受含有同源异型框的成对规则基因eve和和ftz等的制约。等的制约。En基因在基因在FTZ和和EVE基因产物基因产物的浓度达到一定阈值以后时才能被激活,但的浓度达到一定阈值以后时才能被激活,但wg基基因的活化浓度显著低于这一阈值。因的活化浓度显著低于这一阈值。286影响果蝇体节一致性的基因影响果蝇体节一致性的基因-同源域基因同源域基因l同源域基因决定躯体体节命运。躯体的某一部同源域基因决定躯体体节命运。躯体的某一部分最终发育成为无
15、翅的前胸还是有翅的中胸,是分最终发育成为无翅的前胸还是有翅的中胸,是有平衡器的后胸还是腹部的体节,都由同源域基有平衡器的后胸还是腹部的体节,都由同源域基因决定。因决定。29l在果蝇中同源域基因统称在果蝇中同源域基因统称HOM复合体(复合体(HOM-C)。大多数同源域基因位于第三号染色体上,排)。大多数同源域基因位于第三号染色体上,排成两簇。一簇称为触角复合体(成两簇。一簇称为触角复合体(Antp-C);另一簇另一簇称为双胸复合体(称为双胸复合体(BX-C)。)。l果蝇的果蝇的Antennapedia突变就是一个典型的例证。突变就是一个典型的例证。这种突变使果蝇的触角转变为足。这种突变使果蝇的触
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