第1页：第二十四章基因调控和细胞的分化发育
第二十四章基因调控和细胞的分化发育
- 第二十四章基因调控和细胞的分化发育
- 在动物中有三种不同的模式形成：
- 一种是完全程序化的。以秀丽隐杆线虫（C.elegans）为代表
- 第二种类型是无程序化，细胞的命运具有一定的随机性，如哺乳动物。
- 第三种类型属于前二者之间，为半程序化。如果蝇的成虫盘（disk）。
第2页：模式形成的三种方式 1）镶嵌式发育例
模式形成的三种方式 1）镶嵌式发育例
- 模式形成的三种方式
- 1）镶嵌式发育例：线虫（C.elegans)
- 2) 调节模式例：脊椎动物，如哺乳类
- 3）半程序化
- （自主特异和条件特异相结合）例：果蝇的成虫盘
第3页：自主特异化条件特异化AEACEABCD
- 自主特异化条件特异化AEACEABCDEABCDE自主和条件特异化镶嵌发育
- 调节发育：形成体原基分布图ABCDEABCDE
第4页：从分子水平来探讨发育和分化的实质其中心
从分子水平来探讨发育和分化的实质其中心是：（1）细胞分化是由什么触发；（2）一个个体各种细胞所含的基因组都是相同的，为什么会分化为不同类型的细胞；（3）分化是否可逆？这些汇集到一点就是基因表达的调控和分化、发育的关系。
第5页：第一节高等生物的细胞核是否有全能性
第一节高等生物的细胞核是否有全能性
- 第一节高等生物的细胞核是否有全能性
- 一. 植物细胞核的全能性
- 二. 两栖动物的核移植
- 1950年Robert Briggs和Thomas King建立一种两栖动物的核移植技术。他们还发现从蛙的囊胚（blastula）细胞中分离的核是保持着全能性。
- John Gurdon用非洲爪蟾（Xenopus laevis）进行实验出现了完全不同的结果。
第6页：植物的细胞培养用胡萝的根尖细胞可培养出
植物的细胞培养用胡萝的根尖细胞可培养出一株完整的胡萝卜
第7页：克隆羊的诞生
克隆羊的诞生
- 三、克隆羊的诞生
- 1996年7月Ian Wilmut克隆一头名叫“多利”的小绵羊
- 用一头母羊乳腺的细胞核移植到另一头母羊的去核卵细胞中，经体外培养后，再移植到假孕母羊的子宫内发育而成。实验一共移植了247个卵，多利是其中唯一成功的一头,可见难度是很大的。
- 1.低血清培养（血清浓度由100%降低到0.5%)
- 2.绵羊受精卵在第四次卵裂前核基因仍不表达。
第8页：1997年英国苏格兰爱丁堡罗斯林研究所
1997年英国苏格兰爱丁堡罗斯林研究所(Roslin Institute)的Wilmut, I利用绵羊的乳腺细胞的细胞核成功地克隆了一只小羊“多利(Dolly)”。
第9页：这是世界上第一例成年山羊体细胞克隆出
这是世界上第一例成年山羊体细胞克隆出的“元元”，但由于肺部发育缺陷，它只存活了36小时零3分钟，就因呼吸衰竭而死亡。
第10页：这是在日本诞生的克隆牛
这是在日本诞生的克隆牛，此是继“多利”羊后，科学家利用成年动物体细胞成功克隆的又一动物。
第11页：美国得克萨斯农业和机械大学的科研人员于
美国得克萨斯农业和机械大学的科研人员于2001年9月成功地克隆了5只猪。
第12页：美国科学家已连续培养出6代克隆鼠
美国科学家已连续培养出6代克隆鼠
第13页：世界上第一只克隆猴“泰特拉”在美国俄勒
世界上第一只克隆猴“泰特拉”在美国俄勒冈灵长类动物中心诞生
第14页：2002年2月21日《nature》报
- 2002年2月21日《nature》报道美国得克萨斯农业和机械大学兽医学院的马克
- 韦斯特霍欣等成功地克隆出了小猫“茜茜”茜茜的供体茜茜和她的代孕妈妈茜茜
第15页：克隆羊的成功有着极重要的意义
克隆羊的成功有着极重要的意义
- 克隆羊的成功有着极重要的意义：
- （1）在理论上充分证明了动物的细胞核有着全能性，发育是可逆的，从而结束了几十年来的争论；
- （2）建立了高等哺乳动物体细胞克隆的方法，为抢救频临灭绝的珍稀动物和大量繁殖优良品种奠定了基础；
- （3）引发了人们对克隆人这一敏感问题的广泛注意。
第16页：第二节线虫
第二节线虫（C.elegans）的发育模式C.elegans:体长仅1mm,生命周期仅3天。1.2n=12，2.基因组仅有8×107bp，约有13,500个基因。3.与原核相似，有25%左右的基因产生多顺反子mRNA（PolycistronicmRNA）4.是其基因组中非重复序列达83%，E.coli为100%而高等的真核生物都在50%以下；5.大部分是XX型，为可以自体受精的两性体（hermaphrodites）,XO型为雄体(突变型,约占1/500)。C.elegans成体由959个细胞组成。
第17页：第三节果蝇的早期发育一．卵子的发生滤
- 第三节果蝇的早期发育一．卵子的发生滤泡细胞是体细胞，滋养细胞和卵母细胞是生殖细胞互连细胞（interconnected cell），连接处称胞质桥（cytoplasmic bridges）或
- 称为环沟（ring canals）
第18页：滤泡细胞滋养细胞果蝇卵泡外表面含有
滤泡细胞滋养细胞果蝇卵泡外表面含有一层滤泡细胞，它包围在滋养细胞的四周，滋养细胞紧靠着卵母细胞。滋养细胞通过胞质桥彼此相连，也和卵母细胞的两侧相通。滤泡细胞是体细胞，滋养细胞和卵母细胞是生殖细胞
第19页：受精卵合胞体胚囊分裂1~8次细胞胚囊
受精卵合胞体胚囊分裂1~8次细胞胚囊
第20页：控制发育的三类基因
控制发育的三类基因
- 控制发育的三类基因：
- 1、母体基因(maternal gene)–1) 影响前-后极性的基因
- 有bicoid (bcd) (两头尖)的前部群
- 有nanos (nos) (侏儒)的后部群
- 有torso (中段)和caudal的端部群–2) 影响背腹极性的基因
- dorsal(dal)和toll
第21页：影响身体分节的基因 1) 合子基因
影响身体分节的基因 1) 合子基因
- 2、影响身体分节的基因
- 1) 合子基因(zygotic)
- 2) 副节(parasegments)
- 3) 裂缺基因(gap gene)–将胚胎分成对应于副体节的主要区域
- 4) 配对法则基因(pair-rule genes)–确定胚胎中的副体节
- 5) 体节极化基因(segment polarity genes)–负责副体节中细胞类型的特异化–突变引起体节特定区域的缺失
第22页：果蝇幼虫和成虫的体节和副节
果蝇幼虫和成虫的体节和副节
第23页：
第24页：影响体节一致性的基因----
- 3、影响体节一致性的基因----
- 同源异形选择者基因(homeotic selector genes)(1)触角足复合体(ANT-C) 该基因的突变使触角变成了第二对腿(2)双胸复合体( BX-C ) 含有几组控制胸节发育的同源异形基因，若发生突变会导致腹部形态的改变
第25页：母体基因
- 母体基因
- 座标基因前后轴背复轴↓合子基因:分节基因同源异形基因裂缺基因配对规则基因体节极性基因ANT-CBX-C↓↓分化
第26页：前后轴有关的系统
前后轴有关的系统：1.前部系统（anterior system）是负责头和胸的发育。关键的基因是bicoid(两头尖)，其基因产物是一种序列特异DNA结合蛋白，作为决定前部结构的转录因子。2.后部系统（posterior system）负责腹部分节的一组基因，nanos (侏儒)，其突变产生的胚胎腹节有缺陷，但极性正常。3.未端系统（terminal system）是负责卵的最前部（吻部）和最后部（尾节）的发育。已发现了7个基因，关键的基因是torso (中段)，它编码一个跨膜受体.
第27页：果蝇的发育主要分三个阶段
果蝇的发育主要分三个阶段
- 果蝇的发育主要分三个阶段：
- 卵、幼虫和成体果蝇。
- 在发育的开始在卵中沿着前后轴（anterior-posterior）和背腹轴（dorsal-vontral）建立一个梯度。
- 前后轴系统沿着幼虫的体长控制位置信息，而同时腹背系统调节组织的分化，中胚层、经神外胚层和背部外胚层。
第28页：
第29页：BCD蛋白是Bicoid的产物
BCD蛋白是Bicoid的产物，HB－M是hunchback的产物BCD是一种序列特DNA结合蛋白，作为决定前部结构的转录因子。由于BicoidmRNA位于早期卵裂胚的前部，因而前部的一些基因被激活。bcdmRNA是在滋养细胞中产生的，然后通过胞质间桥转运到卵母细胞的前部区nosmRNA位于卵母细胞的后极，而此基因的产物是一个转录的阻遏物。在这些基因中，由于nanos的存在hb的mRNA不能翻译成蛋白。即hb受到bcd和nos产物的共同调控。形成素
第30页：经分子杂交bcdmRNA定位于前部经免
经分子杂交bcdmRNA定位于前部经免疫杂交BCD蛋白定位于前部经分子杂交nosmRNA定位于后部经分子杂交NOS蛋白定位于后部
第31页：经分子杂交bcdmRNA定位于前部经免（
- (a)野生型(b)bcd母体效应致死突变型
- 两端和胸节缺失
第32页：头沟的位置
头沟的位置
第33页：
第34页：背腹轴的调节
背腹轴的调节
- 背腹轴的调节
- 背腹极性是在gurkenmRNA定位在卵母细胞的背侧之后才得以建立。
- gurken 编码的蛋白和生长因子TGF相似。在此途经中的下一个座位是torpedo(top)，它编码果蝇的EGF受体，在滤泡细胞中表达。当配基－Gurken以跨膜的形式延伸到卵母细胞的胞外区，与滤泡细胞质膜上的受体－Torpedo相互作用，结果这个途经从卵母细胞移到滤泡细胞。
- Toll是一个将信号传入卵母细胞中的重要的基因
- Dorsal和Cactus形成了一对相互作用的蛋白，它们与转录因子NF-kB和它的调节蛋白IkB相关联。
- 它可激活腹部结构发育所需的lwist和snail基因，而可以抑制背部发育所需的dpp和zen基因。
第35页：在果蝇早期胚中位置信息建立了背腹轴核梯
在果蝇早期胚中位置信息建立了背腹轴核梯度和DL蛋白(dolsa的产物)的胞质定位。SPZ配体和TOLL受体结合，通过TUB和PLL两种蛋白激活单个的传导级联，使DL磷酸化，并从CACT中释放出，然后能移入核，在核中它作为D－V主要基因的转录因子。CACT(cactus仙人掌)(spaetzle)卵周膜卵周液Dorsalcactus
第36页：第四节母体基因的调节作用母体基因可分
- 第四节母体基因的调节作用母体基因可分为两个基因家族：（1）在母本体细胞中表达，影响卵发育的
- 称为母体体细胞基因（maternalsomaticgenes），例如它们可以作用滤泡细胞；（2）在母体生殖系统中表达的基因称为母体生殖细胞基因（maternalgermlinegenes），这些基因可以作用滋养细胞，或可作用卵母细胞。
