发育的遗传基础

11发育的遗传基础11发育的遗传基础1主要内容动物发育的历程胚胎发育的调控细胞分化动物行为的遗传主要内容动物发育的历程211.1动物发育的历程过程：受精、卵裂、囊胚、原肠胚和神经胚11.1.1受精作用11.1.2卵裂11.1.3原肠胚的形成11.1.4脊索动物神经胚形成11.1动物发育的历程过程：受精、卵裂、囊胚、原肠胚和神311.1.1受精作用指精子和卵的核融合形成二倍体合子（受精卵），并激活卵细胞进入胚胎发育过程。包括顶体反应和皮层反应顶体反应：精子逼近卵细胞时，精子顶体泡中水解酶的释放皮层反应：指位于卵细胞质中的皮质颗粒体的酶，通过胞吐作用进入透明带过程。11.1.1受精作用指精子和卵的核融合形成二倍体合子（受精4在酶的作用下，精子穿透保护卵细胞表层中的冠状区域和透明的区域，接下来两个细胞膜相结合，雄性DNA进入卵子在酶的作用下，精子穿透保护卵细胞表层中的冠状区域和透明的区域511.1.2卵裂定义：指一旦受精作用完成，受精卵就很快进行细胞分裂（有丝分裂）。全裂不全裂11.1.2卵裂定义：指一旦受精作用完成，受精卵就很快进行6发育的遗传基础711.1.3原肠胚形成形成方式有三种：内陷内转外包加内陷3个胚层，4大组织类型：上皮组织结缔组织肌肉组织神经组织11.1.3原肠胚形成形成方式有三种：内陷8发育的遗传基础911.1.4脊索动物神经胚形成脊索和背神经管形成背部中间的中胚层形成脊索背部外胚层变厚形成神经板，神经板细胞凹陷形成神经沟；神经沟两侧细胞融合形成中空的神经管，发育成中枢神经系统。胚层的分化11.1.4脊索动物神经胚形成脊索和背神经管形成1011.2胚胎发育的调控诱导作用躯体模式的构建同源异形基因花的形态建成11.2胚胎发育的调控诱导作用1111.2.1诱导作用定义：指胚胎细胞的一个集群可影响胚胎另一细胞集群发育的能力胚胎移植：自体移植同种移植异种移植异属移植是诱导细胞分泌的信号蛋白改变了被诱导细胞的转录调节作用，按顺序激活了基因模式，使不同种类细胞的特点得以展现。形态原：信号分子从分泌处向外扩散造成一个浓度梯度，从而影响各部分细胞分化11.2.1诱导作用定义：指胚胎细胞的一个集群可影响胚胎12Spemann（德国）奖项：生物医学奖

获奖时间：1935年

获奖理由：

发现了胚胎发育中的诱导作用

Spemann（德国）1311.2.2躯体模式的构建Bicoid母源基因mRNA分布的不对称性和不均匀性果蝇卵，发育出头、胸和尾间隙基因Bicoid蛋白是受精后第一个表达的蛋白。当启动了第一批mRNA的转录2h后，即在囊胚细胞的间隔尚未形成时，一组由6个基因组成的间隙基因开始转录。这些基因的分布，构成胚胎初始的最粗略的分区。11.2.2躯体模式的构建Bicoid母源基因14Bicoid基因Nanos基因Bicoid基因15间隙基因间隙基因16成对规则基因一些间隙基因在后部表达，依次活化了11个以上的成对规则基因，作用体节的形成。hairy基因将胚胎分为7个区体节极性基因随后，16个以上的体节极性基因将各体节再进行划分。

成对规则基因17对控基因(pair-rulegenes)、体节极性基因(segment-polaritygenes)选择基因(selectorgenes)

对控基因1811.2.3同源异形基因果蝇体节一旦形成完毕后，一系列同源异形基因启动，决定每一体节构建成什么。同源异形：指在果蝇发育中不同身体部分排列的进化性改变。同源异形基因：指通过控制各种细胞类群的发育命运，最后达到控制整体发育目的基因。ANT-CBX-C11.2.3同源异形基因果蝇体节一旦形成完毕后，一系列同19发育的遗传基础2011.2.4花的形态建成L3层细胞诱变作用花的图式形成11.2.4花的形态建成L3层细胞诱变作用2111.3细胞分化定义(celldifferentiation)：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。奢侈基因：组织特异性基因，与分化细胞特殊性状有关，如角蛋白基因等管家基因：与分化细胞种类无关的基因，它在任何细胞中都表达，是维持细胞基本功能的必需基因，如组蛋白基因等11.3细胞分化定义(celldifferentiat22发育的遗传基础2311.3.1细胞的全能性定义：细胞经分裂和分化后仍具有产生完整生物个体的潜在能力和特性。植物体细胞全能性1958年，斯图尔德，胡萝卜韧皮部细胞动物的核移植1952年，Briggs和King蛙1964年，Gurdon非洲爪蟾哺乳动物克隆繁殖11.3.1细胞的全能性定义：细胞经分裂和分化后仍具有产24发育的遗传基础25发育的遗传基础2611.3.2动物的干细胞干细胞（Stemcell）：指在理论上具有“无限”自我更新能力和多方向分化潜能的一类细胞。干细胞—祖细胞—前体细胞—不再分化的终末细胞祖细胞（progenitorcell）：指在发育和分化中已丧失了自我更新能力，但仍保留多细胞谱系分化潜能的一群细胞。11.3.2动物的干细胞干细胞（Stemcell）：指27发育的遗传基础28发育的遗传基础29获得干细胞的途径从早期胚胎中获得试管婴儿从早期流产胎儿中获得胚胎生殖干细胞从克隆胚胎中获得体细胞移植技术：体细胞核移入去核卵母细胞从成体组织中获得成体干细胞获得干细胞的途径从早期胚胎中获得30英国纽卡斯尔大学KarimNayernia教授在德国哥廷根大学和合作伙伴，首次成功地用胚胎干细胞制造的人造精子培育出了生命。研究中有50个发育成两个细胞的胚胎，其中只有7个发育成胚胎，6只小鼠存活5个月。研究结果发表在最新的《DevelopmentalCell》杂志上。该研究为将来解决男性不育症提供了一种思路。英国纽卡斯尔大学KarimNayernia教授在德国哥廷根31人类干细胞系建立1981年，英国科学家Evans等人在世界上首次建立了ES（胚胎肝细胞）系。1998年，美国威斯康星大学的Thomson建立了人类的ES细胞系1998年，美国霍普金斯大学Gearhant等人建立了EG细胞系（胚胎生殖干细胞系）人类干细胞系建立1981年，英国科学家Evans等人在世界上32干细胞分类根据发生来源不同分2大类：胚胎干细胞：来自于胚胎的细胞，具有发育全能性，1、2、3途径获得的ES和EG细胞，受精卵成体干细胞：存在于某种已分化组织中的未分化细胞，它们仍然具有自我更新和分化形成该组织多种类型细胞的能力。如：造血干细胞、神经干细胞、皮肤表皮干细胞等干细胞分类根据发生来源不同分2大类：33根据分化潜能不同分为4类全能干细胞：它们具有自我更新能力并具有分化产生生物体任何细胞类型，甚至形成完整个体的潜能。ES细胞和受精卵多组织潜能干细胞：分化潜能受到一定限制，已失去了全能性，不再具有形成完整个体能力的干细胞，但它仍然具有产生多种组织的细胞类型能力。如间充质干细胞根据分化潜能不同分为4类全能干细胞：它们具有自我更新能力并具34多细胞潜能干细胞：具有分化产生某一组织多种细胞类型，但也丧失了全能性的干细胞。如：神经干细胞等单能干细胞：存在于组织器官中，具有稳定自我更新能力，只具有单一细胞类型分化的细胞。如：肌肉组织中的卫星细胞多细胞潜能干细胞：具有分化产生某一组织多种细胞类型，但也丧失35干细胞的应用细胞或组织移植造血干细胞移植：造血干细胞来自骨髓或新生儿脐带血神经干细胞移植：帕金森综合症定向分化干细胞移植治疗所有组织坏死性或退行性疾病干细胞的应用细胞或组织移植36其他应用其他应用37发育的遗传基础38发育的遗传基础39发育的遗传基础40发育的遗传基础41发育的遗传基础4211.3.3细胞凋亡定义：指一种主动的、由基因决定的细胞自我破坏的过程。也称细胞程序性死亡。诱导因素：物理因子：射线及温度刺激等化学及生物因子：活性氧基团和分子、钙离子载体、细胞毒素、环己亚胺、肿瘤坏死因子、某些病毒11.3.3细胞凋亡定义：指一种主动的、由基因决定的细胞43发育的遗传基础44发育的遗传基础45

SydneyBrennerRobertHorvitz

JohnSulston

2002年诺贝尔生理学和医学奖SydneyBrennerRobertHorv46细胞凋亡特征

1.核固缩(nuclearcondensation)：核仁裂解，染色质浓缩成半月形,附着于核膜周边。细胞凋亡特征1.核固缩(nuclearcondensa472.生物膜空泡化（blebbing)，细胞骨架逐渐断裂，细胞体积缩小。2.生物膜空泡化（blebbing)，细胞骨架逐渐断裂，483.内源性核酸内切酶活化，DNA被降解为（180-200bp）n片段---DNALadder

3.内源性核酸内切酶活化，DNA被降解为（180-200bp494.凋亡小体形成胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质，内含DNA物质及细胞器，形成泡状小体称为凋亡小体（apoptoticbody）.

4.凋亡小体形成50与细胞凋亡相关的基因死亡基因：促进细胞凋亡的基因。如：线虫的ced-3、ced-4哺乳动物的ICE基因家族机制：ICE基因产物降解聚腺苷三磷酸核糖聚合酶引起DNA修复的抑制以及核酸内切酶活性的增加，造成染色质断裂，从而使细胞发生凋亡。生存基因：存活基因或死亡抑制基因如：线虫的ced-3、ced-4哺乳动物的ICE基因家族肿瘤抑制基因如：p53与细胞凋亡相关的基因死亡基因：促进细胞凋亡的基因。51细胞凋亡的分子机理秀丽隐杆线虫1031个细胞，131个细胞凋亡。找到一系列与细胞凋亡有关的基因①ced-3、ced-4基因突变或缺失，使凋亡受阻,有多余细胞存在诱发、启动凋亡

②移入ced-9使凋亡受阻③失去ced-9使细胞凋亡功能不足导致胚胎因细胞过度凋亡而死亡。细胞凋亡的分子机理②移入ced-9使凋亡受阻功5211.3.4细胞衰老生物体形态结构和生理功能随年龄增加而显现出的不可逆的衰退现象，这种衰退增加了有机体对疾病和死亡的易感性，这种现象称为衰老11.3.4细胞衰老生物体形态结构和生理功能随年龄增加而53发育的遗传基础54◆Hayflick界限Hayflick的一些经典实验体外培养成纤维细胞来自胎儿可传代50次（与供体年龄有关）来自成人可传代20次来自小鼠可传代14－28次（与供体物种来自乌龟可传代90－125次特性有关）◆Hayflick界限体外培养成纤维细胞55物种寿命与培养细胞寿命之间存在着确定的相互关系物种成纤维细胞传代数个体最长寿命（年）龟90－125175（？）水貂30－3410鸡15－3530小鼠14－283.5人胚胎40－60110出生至15岁20－4015岁以上10－30早老病患者2－1010－20

物种寿命与培养细胞寿命之间存在着确定的相互关系物种56早衰症是人体衰老中的一种病症早衰症是人体衰老中的一种病症57一名男子从36岁到75岁味觉丧失64％肾小球减少44％肾小球过滤率减少31％脊神经元减少37％神经传导速度减慢10％脑供血量减少20％肺活量减少44％一名男子从36岁到75岁58高等动物体内存在了3种不同类型的细胞。

第1类细胞的寿命接近于动物的整体寿命，如神经元和肌肉细胞等。在胚胎发育终了时，这些细胞不再增加数量。它们随着个体衰老而衰老，或者由于这些细胞的衰老、死亡引起个体死亡第2类是缓慢更新的细胞，它们的寿命短于动物的平均寿命，如肝细胞，胃壁细胞等。第3类是快速更新的细胞。机体可以不断有大量第3类的细胞衰亡，但这一般不影响其生存。高等动物体内存在了3种不同类型的细胞。第1类细胞的寿命接近59细胞衰老的分子机制（一）自由基学说所谓自由基指那些带有奇数电子数的化学物质，即它们都带有未配对的自由电子，这些自由电子导致了这些物质的高反应活性。自由基在细胞内的产生是有多种原因的，如生物氧化、辐射、受污染物的侵害以及细胞内的酶促反应等过程中都会释放自由基。自由基一旦生成，它们就能不断扩增，发生级联反应。对磷脂的氧化和对DNA造成损伤可能是主要的细胞衰老的分子机制60H2OH•