遗传学第十二章遗传与发育

遗传学第十二章遗传与发育第一页，共四十二页，编辑于2023年，星期四（二）早期胚胎发育P3761、配子发育与受精

精卵形成、受精信号2、卵裂与囊胚形成除哺乳动物以外，多数动物合子基因组暂时不表达，即转录处于抑制状态。卵裂所需的物质主要来源于受精前储存在卵细胞质中的母源性分子，包括mRNA和蛋白质等，及其受精后的翻译产物。这些母源性物质能够支持受精卵发育到囊胚期（Blastocyst)。3、胚轴建立与图式形成

背腹轴(D-V)、前后轴(A-P)、左右轴。第二页，共四十二页，编辑于2023年，星期四第三页，共四十二页，编辑于2023年，星期四◆遗传控制发育的图式（pattern），发育则是基因按严格的时间和空间顺序表达的结果，是基因型与环境因子相互作用转化为相应表型的过程。◆无脊椎动物和脊椎动物，如线虫、果蝇和人类的发育途径基本相同，控制发育的基因在进化上是保守的，在结构和功能上有很高的同源性。第四页，共四十二页，编辑于2023年，星期四研究发育模式生物第五页，共四十二页，编辑于2023年，星期四二、果蝇早期胚胎发育的遗传控制(一）概论◆果蝇的生活周期从受精卵开始经过5个不同阶段的成体前（pre-adult）发育,包括胚胎、三个幼虫期和蛹期,最终形成成虫。第六页，共四十二页，编辑于2023年，星期四第七页，共四十二页，编辑于2023年，星期四果蝇卵的结构具有前（anterior）、后（posterior）、背（dorsal）、腹（ventral）区。第八页，共四十二页，编辑于2023年，星期四果蝇受精后3小时的胚胎发育

受精约30min后,受精卵中来自亲本配子的核融合，形成合子核。

合子核约每10min分裂一次，产生多核细胞，生成合胞体胚盘（syncytialblastoderm）

约10次分裂后（1h30min），产生约512个核，这些核往卵的外层迁移。

受精后约2.5h，卵的表面进行4次额外的核分裂，在后极（posteriorpole）组成的极细胞（polecell）成为种系细胞（germcells）的前体。

约3h后，核包裹在膜中，在胚胎表面形成单层细胞——细胞胚盘（cellularblastoderm）,约6000个体细胞。

约第12次分裂周期，细胞开始迁移，胚盘进入原肠胚生成（gastralation）期，并分化出外胚层（ectoderm）、中胚层（mesoderm）和内胚层（endoderm）。第九页，共四十二页，编辑于2023年，星期四第十页，共四十二页，编辑于2023年，星期四早期胚胎发育各时段的切片,荧光处为核DNA第十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期四成虫的头、胸、腹部是从幼虫的体节衍生的

果蝇胚胎中的体节、分区和副体节（parasegments），Ma，Mx和Lb表示将发育成头部的体节；T1-T3是胸部体节；A1-A9为腹部体节，每个体节分为前（A）后（P）区；副体节代表早期的图式特化第十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期四第十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期四◆果蝇幼虫的成虫盘和成体结构对照第十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期四第十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期四（二）果蝇卵的极性形成、体节的分化

果蝇卵的极性形成、体节的分化是受一系列基因级联(cascade)反应调控的。参与果蝇卵的极性形成、体节的分化的基因有三类：母体效应基因（maternal-effectgenes)、分节基因(segmentationgenes)、同源异形基因(homeoticgenes)。第十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期四1、母体效应基因（maternal-effectgenes)

母性效应基因编码转录因子、受体和调节翻译的蛋白，在卵子发生（oogenesis）中转录，产物由滋养层细胞合成并输送入卵母细胞中，由细胞骨架瞄定在细胞质的不同区域，沿前-后轴呈梯度（gradient）分布。

母性效应基因产物的梯度起始胚胎发育,突变研究指出，调节果蝇发育的母性效应基因约40个。如：bicoid,nanos.第十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期四◆A-P轴前端由bicoidmRNA及其表达产物的梯度决定第十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期四◆A-P轴的后端由nanos基因的作用决定第十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期四◆bicoid和nanos基因产物的协同作用生成早期胚胎A-P轴第二十页，共四十二页，编辑于2023年，星期四2、分节基因

分节基因决定体节的形成。主要包括:裂隙基因（gapgene），成对规则基因（pair-rulegene）,体节极性基因(segmentpolarity).第二十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期四裂隙基因（gapgene）的表达结果第二十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

成对规则基因（pair-rulegene）的表达使胚胎中段前后轴形成7个区带。体节极性基因(segmentpolarity)的表达使胚胎中段前后轴进一步形成14个区带。第二十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期四3、同源异形基因（homeoticgenes）主要包括触角足复合体Antennapediacomplex（ANTP-C）和双胸复合体Bithoraxcomplex（BX-C）。第二十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

胚胎体节的划分确定后，同源异形基因负责确定每个体节的特征结构。若发生突变，会使一个体节上长出另一个体节的特征结构，如Pb基因的突变使触须变成腿和UbX突变成四翅果蝇。第二十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

同源异形基因的结构特点：具有同源异形框。有多个启动子和转录起始点。有多个内含子。同源异形基因之间的相互排斥。

哺乳类中的同源异形基因复合体称为Hox基因簇，与果蝇中的同源异形基因有同源性。第二十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

同源异形基因族的保守性基因结构和组织形式的保守性基因表达图谱的保守性基因功能的保守性第二十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期四三、线虫的发育（一）最简单的多细胞模式动物--线虫（canorhabditiselegans）。是一种在土壤里生活的蠕虫，体长1mm,身体透明,可实验室培养。生活周期约2d，包括胚胎期（约16hr），4个幼虫期L1-L4和成体期。第二十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期四成体有两种性别：雌雄同体（hermaphrodities）为12，XX，产生卵子和精子；雄体为11，XO第二十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

雌雄同体的C.elegans有959个体细胞.C．elegans基因组全序列已测定，由9.7×104kb组成,2n=12。单倍体基因组含有约15000个基因。第三十页，共四十二页，编辑于2023年，星期四C.elegans的胚胎发育中,最早的胚胎分裂是不对称的,第一次有丝分裂产生大的AB和小的P1子细胞,28细胞期开始原肠形成第三十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

P1-P4为接受了种系颗粒（germlinegranules）的性细胞系的前体细胞。

早期卵裂期间，不对称分裂产生一个“分化的”子细胞,称为奠基者细胞（foundercells），以AB.MS.E.C和D表示,和一个干细胞（P1-P4细胞系）

进一步的细胞分裂最终产生雌雄同体的959个体细胞。第三十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期四（二）细胞谱系示意图（lineagediagram）表明每个体细胞的生活史第三十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

雌雄同体的C.elegans的完整的细胞谱系第三十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期四（三）卵孔（vulva）形成的遗传分析1、C.elegans的生殖系统第三十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期四2、卵孔的发育方式：细胞通过信号分子来改变其它细胞基因组基因的表达活性，来影响靶细胞的发育命运，最终产生细胞结构和功能的分化。卵孔的决定大致分为三个阶段：（1）锚定细胞的决定由二龄幼虫期Z1.ppp和Z4.aaa两个细胞相互作用，其中Z1.ppp分化为生殖腺锚定细胞

(AC)。此过程中，Lin-12基因起着决定作用。第三十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期四（2）AC与6个Pn.p细胞相互作用确定初级卵孔细胞和次级卵孔细胞的形成。

在锚定细胞（anchorcell,AC）中,lin-3被激活,分泌一种与脊椎动物的表皮生长因子相似的Lin-3蛋白,作为信号分子；前体细胞则表达由let-23基因编码的细胞表面受体Let-23蛋白。Lin-3与Let-23连接，扳动前体细胞p5p,p6p和p7p形成初级卵孔细胞或次级卵孔细胞。第三十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期四

其中P6.p与AC最近，接受的信号最强，P6.p中的vul基因被激活，最终分化为初级卵孔细胞。P5.p和P7.p接受信号相对较少，而分化发育为次级卵孔细胞。（3）真皮细胞的形成

P3.p,P4