遗传和发育-医学知识专家讲座

第十一章遗传与发育遗传和发育医学知识专家讲座第1页第十五章遗传与发育

遗传和发育医学知识专家讲座第2页高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细胞分裂和分化，长成新个体。这个过程通常称为个体发育。细胞怎么能发生分化呢？其中基因起什么作用？细胞质又有什么影响？这些都是发育遗传学研究内容。遗传和发育医学知识专家讲座第3页第一节发育遗传学概论胚胎学：（受精-出生）胚胎发育遗传与发育：细胞核（染色体）-形态结构因子细胞质-胚胎缺点遗传和发育医学知识专家讲座第4页细胞核和细胞质在个体发育中作用一、细胞质在细胞生长和分化中作用动、植物卵细胞即使是单细胞，但它细胞质内除显见细胞器有分化外，还存在动物极、植物极，灰色新月体和黄色新月体等分化。这些分化物质未来发育成什么组织和器官，大致上已经确定。遗传和发育医学知识专家讲座第5页早在20世纪最初20年中，人们就发觉，假如把关注焦点集中在相对简单生物上则发育现象难题能够得到部分解答。因为这些生物细胞数量更少，分布相对单一，改变也很好观察。因为进化原因，细胞生命在发育基本模式方面含有相当大同一性，所以利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上物种来研究发育共通规律是可能。模式生物应用尤其是当在有不一样发育特点生物中发觉共同形态形成和改变特征时，发育普遍原理也就得以建立。因为对这些生物研究含有帮助我们了解生命世界普通规律意义，所以它们被称为“模式生物”。

遗传和发育医学知识专家讲座第6页第一个被用作模式生物是海胆（SeaUrchin），它胚胎对早期发育生物学发展有举足轻重作用。早在1875年，奥斯卡·赫特维格（OscerHertiwig,1849-1922）就开始以海胆为材料研究受精过程中细胞核作用，1890年后，海胆更在受精和早期胚胎发育研究中起了主要作用。1891年，汉斯·德瑞熙（HansDriesh，1876－1941）在海胆中完成了海胆胚胎分裂试验，为当代发育生物学奠定了第一块观念里程碑。他在显微镜下把刚才完成第一次分裂海胆一分为二，结果发觉，分开后两个细胞各自形成了一个完整幼虫。这一试验意义在于证实胚胎含有调整发育能力，并使盛行一时机械论发育思想完全破产。遗传和发育医学知识专家讲座第7页遗传和发育医学知识专家讲座第8页海胆卵切割试验遗传和发育医学知识专家讲座第9页二、细胞核在细胞生长和分化中作用

伞藻是一个大型单细胞海生绿藻，细胞核在基部假根内。据研究，控制子实体形态物质是mRNA。它在核内形成后快速向藻体上部移动，编码决定子实体形态特殊蛋白质合成。

嫁接试验遗传和发育医学知识专家讲座第10页三、细胞核和细胞质在个体发育中相互依存在个体发育过程中，细胞核和细胞质是相互依存、不可分割；细胞核内“遗传信息”决定着个体发育方向和模式，为蛋白质合成提供模板(mRNA)以及其它各种主要RNA，从而控制了细胞代谢方式和分化程序；细胞质则是蛋白质合成场所，并为DNA复制、mRNA转录以及tRNA、rRNA合成提供原料和能量。另首先，细胞质中一些物质又能调整和制约核基因活性，使得相同细胞核因为不一样细胞质影响而造成细胞分化。遗传和发育医学知识专家讲座第11页第二节基因在细胞分化和细胞决定中作用基因与发育过程个体发育阶段性转变过程，实质上是不一样基因被激活或被阻遏过程。在发育某个阶段，一些基因被激活而得到表示，另一些基因则处于被阻遏状态。在发育另一阶段，原来被阻遏基因因激活而表示了，原来表示基因却被阻遏。基因是否得到表示，可从它表示产物一蛋白质或转录产物mRNA（差异显示），或经过比较突变型与野生型表型来推断。

遗传和发育医学知识专家讲座第12页一、单细胞生物细胞分化与发育调控

分化与发育比较简单

芽孢

RNA聚合酶：α2ββ’σ

二、多细胞生物细胞分化与细胞决定

自主特化

条件特化

合胞特化遗传和发育医学知识专家讲座第13页例1噬菌体分化和自然装配控制T4噬菌体各“部件”合成以及装配，需要70个基因。大致分成二类：早期基因:主要控制早期侵染行为，产生早期mRNA，编码合成噬菌体DNA酶等。晚期基因：主要控制蛋白质“部件”合成，装配新噬菌体并产生溶菌酶。不论早期基因或晚期基因发生突变，不能形成完整噬菌体。遗传和发育医学知识专家讲座第14页2、细胞粘菌发育控制在盘基网柄菌不一样发育阶段，由不一样阶段性专一酶，分别在发育早期、中期、晚期发挥作用：早期酶：N-乙酰葡萄糖胺酶α-甘露糖苷酶中期酶：苏氨酸脱氨酶海藻糖磷酸合成酶晚期酶：碱性磷酸酯酶β-葡萄糖苷酶遗传和发育医学知识专家讲座第15页3、高等植物发育中基因次序表示高等植物发育中基因表示在时间和空间上都是受到准确控制。某一特定发育时期一些mRNA及蛋白质合成改变，即相关基因依据植物发育需要依次表示结果。

大豆种子发育过程中七种不一样类型mRNA出现时间及相对数量。线条粗细代表mRNA相对含量遗传和发育医学知识专家讲座第16页4、高等动物发育中基因次序表示人血红蛋白是由两条相同链和两条相同β链聚合而成四聚体，即22。链基因簇包含一个活性基因、2个活性基因、1个假基因、2个假基因。β链基因簇含有5个功效性基因(1，2，1和1β基因)、1个β假基因。在人一生中，血红蛋白链要经历屡次改变，即这些不一样链是在发育不一样时期表示胚胎期(8周前)：22

22

22

胎儿期(3-9个月)：22

成人期(自出生开始)：2222

遗传和发育医学知识专家讲座第17页三、秀丽隐杆线虫细胞特化-一个是完全程序化发育模式C.elegans:体长1mm，生命周期3天，胚胎发生期16小时。 1.2n=12，基因组8×107bp，约13,500个基因，相当于人1/30。2.1090个体细胞，131个进入程序性死亡，成体由959个细胞组成。3.与原核相同25%左右基因产生多顺反子mRNA4.基因组中非重复序列达83%，E.coli为100%，真核生物都在50%以下；5.大部分是XX型自体受精两性体,XO型为雄体(突变型,约占1/500)。

遗传和发育医学知识专家讲座第18页五、个体发育阶段性个体发育存在阶段性，在个体发育过程中，各种性状发育，从受精卵开始分裂时就开始了。这种个体发育阶段性实质上是不一样基因被激活或被阻遏过程。四、细胞程序性死亡与细胞凋亡遗传和发育医学知识专家讲座第19页四、环境条件影响生物个体发育，与个体所处环境条件亲密相关。环境中很多生物及非生物因子，都能够调控相关基因表示，影响个体发育。

遗传和发育医学知识专家讲座第20页二、基因与发育模式

个体发育所经历不一样阶段，总是遵照预定方向和模式。这是由个体基因所决定。同形异位基因就是其中一个主要类型。同形异位基因控制个体发育模式、组织和器官形成。同形异位基因最早发觉于果蝇胚胎发育中。遗传和发育医学知识专家讲座第21页果蝇触角脚突变，能够使果蝇头上触角部位长出脚来。这种脚与正常脚形态相同，但生长位置却完全不一样。这种现象称为同形异位现象。当前已在果蝇、动物、真菌、植物及人类等几乎全部真核生物中发觉有同形异位基因存在。遗传和发育医学知识专家讲座第22页受同形异位基因调整结构基因包含控制细胞分裂，纺锤体形成和取向，细胞分化等发育过程基因。当前对这些结构基因判定和克隆报道还不多。

遗传和发育医学知识专家讲座第23页第三节早期胚胎发育一、受精卵原细胞→初级卵母细胞（二倍体）→1成熟卵+3极体。

分裂Ⅰ在排卵前进行，在精子穿入刺激下完成份裂Ⅱ。精原细胞→屡次有丝分裂，部分细胞停顿分裂，吸收营养，胞体增大，变为初级精母细胞（二倍体）。初级精母细胞→成熟分裂→产生精细胞→经复杂形态结构改变→精子。

精子：抗受精素（antifertilizin），专一性糖蛋白。卵子：受精素（fertiLinn）。经过这两种蛋白质之间反应，获能被激活精子顶体酶使精子得以穿过透明带而进人卵膜周围间隙，附于卵膜表面，然后精子和卵子细胞膜相互融合。精子细胞核和细胞质进人卵内，旋转180”，细胞核膨大变圆，成为雄原核。精子穿人刺激次级卵母细胞生成卵子，其细胞核称为雌原核。雌原核和雄原核移动至细胞中部，核膜消失，细胞核合二为一完成受精。

遗传和发育医学知识专家讲座第24页遗传和发育医学知识专家讲座第25页二、卵裂

受精卵形成后即不停分裂成较小细胞，这个过程称为卵裂（cleavage）。卵裂速度很快，每卵裂一次所需时间依物种而异。卵裂产生细胞称为卵裂球（blastomere）。卵裂球只是数量增多，每个卵裂球没有生长，总体没有增大。斑马鱼15s海胆30s蛙60s小鼠10～20h

遗传和发育医学知识专家讲座第26页遗传和发育医学知识专家讲座第27页遗传和发育医学知识专家讲座第28页三、胚层分化遗传和发育医学知识专家讲座第29页遗传和发育医学知识专家讲座第30页第四节基因在胚胎极性生成中作用遗传和发育医学知识专家讲座第31页滤泡细胞滋养细胞果蝇卵泡外表面含有一层滤泡细胞，它包围在滋养细胞四面，滋养细胞紧靠着卵母细胞。滋养细胞经过胞质桥彼此相连，也和卵母细胞两侧相通。滤泡细胞是体细胞，滋养细胞和卵母细胞是生殖细胞果蝇胚胎早期发育

遗传和发育医学知识专家讲座第32页受精卵合胞体胚囊分裂1~8次细胞胚囊遗传和发育医学知识专家讲座第33页控制发育三类基因：1、母体基因(maternalgene)1)影响前-后极性基因有bicoid(bcd)(两头尖)前部群有nanos(nos)(侏儒)后部群有torso(中段)和caudal端部群2)影响背腹极性基因dorsal(dal)和toll遗传和发育医学知识专家讲座第34页2、影响身体分节基因1)合子基因(zygotic)2)副节(parasegments)3)裂缺基因(gapgene)将胚胎分成对应于副体节主要区域4)配对法则基因(pair-rulegenes)确定胚胎中副体节5)体节极化基因(segmentpolaritygenes)负责副体节中细胞类型特异化突变引发体节特定区域缺失遗传和发育医学知识专家讲座第35页果蝇幼虫和成虫体节和副节遗传和发育医学知识专家讲座第36页3、影响体节一致性基因----同源异形基因(homeoticselectorgenes)(1)触角足复合体(ANT-C)该基因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同源异形基因，若发生突变会造成腹部形态改变

遗传和发育医学知识专家讲座第37页

第五节性决定一．果蝇性别决定(一)果蝇Y染色体功效(二)性指数作用(三)Sxl基因是主开关(四)Sx1控制体细胞性别分化基因(五)剂量赔偿作用遗传和发育医学知识专家讲座第38页遗传和发育医学知识专家讲座第39页遗传和发育医学知识专家讲座第40页

二、哺乳动物性别决定哺乳动物性决定：初级性决定，性染色体决定次级性决定，性腺决定。遗传和发育医学知识专家讲座第41页次级性征通常是由性腺分泌激素所决定。胎兔性腺在分化之前加以切除试验结果表明，在没有性腺情况下，不论其核型是XX还是XY，发育生成兔子是雌性，都有输卵管、子宫和阴道而没有阴茎和雄性生殖结构。遗传和发育医学知识专家讲座第42页三、Y染色体睾丸决定基因

遗传和发育医学知识专家讲座第43页（1）经测序分析，发觉SRY含79个氨基酸模体，且和高泳动蛋白（Highmobilitygroup,HMG）同源，含有DNA结合蛋白特点调控功效；（2）哺乳动物中SRY仅在雄性中存在；（3）小鼠Sry表示时空性符合Tdy决定作用；（4）经分子杂交发觉XY雌鼠缺失了Sry序列。XY性反转小鼠Y染色体片断易位到X染色体上；（5）在46xy女性SRY编码序列中曾发觉过失义，无义和移码突变；（6）Koopman等将含有SryDNA片断导入XY雌性胎鼠中，结果部分转基因鼠产生了性反转。遗传和发育医学知识专家讲座第44页遗传和发育医学知识专家讲座第45页遗传和发育医学知识专家讲座第46页在胚胎发育第一个月，胎儿并无两性分化，在形态上是中性。胚胎时期原始性腺由两部分组成，其中包含有原始卵巢组织和睾丸组织。另外，在中性胚胎中存有两条生殖导管。有性别已经分化了正常个体中，两种性腺组织和导管只有其中一套发育，非雌即雄。遗传和发育医学知识专家讲座第47页遗传和发育医学知识专家讲座第48页人类性别决定与一个叫HY抗原物质相关，它是一个含有162个氨基酸蛋白质，存在于雄性个体全部组织细胞膜上，它能使处于中性状态性原基分化发育成睾丸，假如没有这种抗原存在，原始性腺将发育成卵巢。（睾丸决定基因是HY抗原结构基因）。以后性别分化就依赖于雌、雄激素作用。遗传和发育医学知识专家讲座第49页遗传和发育医学知识专家讲座第50页雄性激素睾丸酮由睾丸产生，(1)决定输精管、精囊腺、附睾分化。(2)在5α还原酶作用下产生二氢睾丸酮，决定前列腺和外处殖器发育。(3)睾丸酮能否发挥作用还取决于靶细胞上是否含有雄性激素受体。雌性激素由卵巢产生:促进女性内外玫殖器管发育，维持正常月经。遗传和发育医学知识专家讲座第51页遗传和发育医学知识专家讲座第52页有悖于SRY/Sry决定睾丸发育报道：（1）人类家族性XX性反转男性一些病例并不存在SRY基因，但有可发育成正常男性；（2）报道15例带有两性或女性外生殖器XY患者发觉有Xp部分重复，但SRY基因都是显著正常.（3）南美仓鼠Akodone有两种Y染色体；一个Y染色体不能诱导性腺分化，产生不育XY雌鼠。经Sry测定发觉是因为在性分化阶段Sry未能表示；（4）在Ellobius属鼹－田鼠（mole-vole）两个种中