遗传学第六章基因和发育PPT课件.ppt

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1、关于遗传学第六章 基因与发育第一张,PPT共五十页,创作于2022年6月第一节第一节 发育遗传学概论发育遗传学概论n从生物学角度来说,从生物学角度来说,发育发育是是高等生物从受精卵开始发育,经过一系列细胞分裂和分化,产生新个体,生长繁殖的一系列过程。,生长繁殖的一系列过程。n从遗传学角度来说,从遗传学角度来说,发育发育是基因按照特定的时间、空间程序表达的过程。是基因按照特定的时间、空间程序表达的过程。第二张,PPT共五十页,创作于2022年6月第二节第二节 基因在细胞分化和细胞决定中的作用基因在细胞分化和细胞决定中的作用个体个体发育发育n细胞分化的多样性功能细胞分化的多样性功能细胞分化细胞分化

2、形态建成形态建成生生长长n生命的延续性功能生命的延续性功能性别分化性别分化繁繁殖殖细胞分化细胞分化:是指多细胞生物在由一个细是指多细胞生物在由一个细胞分裂而来的子细胞群体内,产生出形态胞分裂而来的子细胞群体内,产生出形态上和功能上具有质的差别的两种类型以上上和功能上具有质的差别的两种类型以上的细胞的现象。的细胞的现象。第三张,PPT共五十页,创作于2022年6月芽孢芽孢:某些杆菌在发育到某一阶段时,会某些杆菌在发育到某一阶段时,会在內部形成园形或卵形的芽孢,属于细在內部形成园形或卵形的芽孢,属于细菌的休眠狀态。菌的休眠狀态。首先是在內部一定的部位发生细胞质浓缩,水分首先是在內部一定的部位发生细

3、胞质浓缩,水分剩下不到剩下不到4040,然后再形成多层厚膜。,然后再形成多层厚膜。芽孢核心含有芽孢核心含有DNADNA、RNARNA蛋白质和酵素。外层則依次包蛋白质和酵素。外层則依次包括內膜、芽孢壁、皮质层、外膜、芽孢壳和芽孢外壁,括內膜、芽孢壁、皮质层、外膜、芽孢壳和芽孢外壁,不具通透性。有时芽孢可抵抗不具通透性。有时芽孢可抵抗150150干热灭菌一小时。干热灭菌一小时。形成芽孢也是有相关基因调控的(形成芽孢也是有相关基因调控的(因子决定一组因子决定一组基因的表达基因的表达 )。一、单细胞生物的细胞分化和发育的基因调控一、单细胞生物的细胞分化和发育的基因调控第四张,PPT共五十页,创作于20

4、22年6月n特化(特化(specification):):细胞或组织按照已经被决定的命运自主地进细胞或组织按照已经被决定的命运自主地进行分化,形成特异性组织或细胞地过程。行分化,形成特异性组织或细胞地过程。例如:被决定命运的细胞,按照指令继续分化成特定的组织,形成体节,器官等不同形态。例如:被决定命运的细胞,按照指令继续分化成特定的组织,形成体节,器官等不同形态。二、多细胞生物的细胞分化和细胞决定二、多细胞生物的细胞分化和细胞决定n决定(决定(determination):早期胚胎期间的全早期胚胎期间的全能或多能干细胞在基因的调控下,确定了特能或多能干细胞在基因的调控下,确定了特定细胞的分化趋

5、势,即指定了这些细胞的分定细胞的分化趋势,即指定了这些细胞的分化命运。化命运。例如:受精卵分裂成例如:受精卵分裂成512个细胞时所有细胞已经定位,个细胞时所有细胞已经定位,并确定了特定细胞的形态建成等命运。并确定了特定细胞的形态建成等命运。细胞定向(细胞定向(commitment):决定和特化):决定和特化第五张,PPT共五十页,创作于2022年6月三、秀丽隐杆线虫的细胞特化三、秀丽隐杆线虫的细胞特化非常小而且是透明,便于观察非常小而且是透明,便于观察活的完整线虫的内部构造,并活的完整线虫的内部构造,并且能直接观察线虫发育过程中且能直接观察线虫发育过程中单个细胞的迁移、分裂以及死单个细胞的迁移

6、、分裂以及死亡,从而使人们能了解线虫发亡,从而使人们能了解线虫发育过程中各个细胞的命运。育过程中各个细胞的命运。成年线虫总共才成年线虫总共才10901090个细胞个细胞,131131个进入细胞编程性死亡,个进入细胞编程性死亡,每条线虫只有每条线虫只有959959的体细胞。的体细胞。第六张,PPT共五十页,创作于2022年6月(1 1)确定了线虫发育过程中每一个细胞的分裂和分化及其最终的命运。)确定了线虫发育过程中每一个细胞的分裂和分化及其最终的命运。P P颗粒颗粒不对称分裂不对称分裂英国约翰英国约翰苏尔斯顿、美国罗伯特苏尔斯顿、美国罗伯特霍维茨霍维茨:第七张,PPT共五十页,创作于2022年6

7、月131131个进入细胞编程性死亡,将这个进入细胞编程性死亡,将这些细胞死亡解释为些细胞死亡解释为“细胞程序性细胞程序性死亡死亡”,并且仔细地描述了在这,并且仔细地描述了在这一过程中细胞经历的变化。一过程中细胞经历的变化。科学家们发现,在脊椎动物和非科学家们发现,在脊椎动物和非脊椎动物的正常发育过程中都存脊椎动物的正常发育过程中都存在细胞正常死亡的现象,这些细在细胞正常死亡的现象,这些细胞的死亡都伴随着一系列的形态胞的死亡都伴随着一系列的形态改变,不对周边细胞产生影响改变,不对周边细胞产生影响。2002年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖(2 2)细胞程序性死亡)细胞程序性死亡第八张,

8、PPT共五十页,创作于2022年6月2、细胞凋亡(、细胞凋亡(apoptosis)是编程性死亡的一种方式。是一种参与了是编程性死亡的一种方式。是一种参与了生物体许多过程的细胞去除机制,是由基因编生物体许多过程的细胞去除机制,是由基因编 程调控的细胞主动自杀程调控的细胞主动自杀过程。过程。生物体通过这种机制完成对衰老细胞和畸形细胞的清除。生物体通过这种机制完成对衰老细胞和畸形细胞的清除。1、细胞编程性死亡、细胞编程性死亡(programmed cell death,PCD)多细胞生物多细胞生物的一些细胞在发育中不再为生物体所需或受到损伤时,会激活遗传控制的的一些细胞在发育中不再为生物体所需或受到

9、损伤时,会激活遗传控制的自杀机制死亡。这种自我毁灭的死亡称为细胞编程性死亡。自杀机制死亡。这种自我毁灭的死亡称为细胞编程性死亡。四、细胞编程性死亡与细胞凋亡四、细胞编程性死亡与细胞凋亡第九张,PPT共五十页,创作于2022年6月本该死亡的基因不死亡,导致癌的形成或本该死亡的基因不死亡,导致癌的形成或自身免疫性疾病。自身免疫性疾病。本该不进入死亡程序的细胞发生死亡,本该不进入死亡程序的细胞发生死亡,引起中风或老年性痴呆等疾病。引起中风或老年性痴呆等疾病。许多种类型的神经元,有一半会在发育许多种类型的神经元,有一半会在发育过程中进入细胞程序性死亡。消除在错过程中进入细胞程序性死亡。消除在错误部位生

10、长的神经元,也可使神经元与误部位生长的神经元,也可使神经元与受其刺激的靶细胞在数量上保持平衡。受其刺激的靶细胞在数量上保持平衡。(1 1)发育中)发育中具有重要作用具有重要作用3、细胞编程性死亡的意义、细胞编程性死亡的意义(2 2)是一种细胞的利他性死亡)是一种细胞的利他性死亡高高等等植植物物的的木木质质部部细细胞胞程程序序性性死死亡亡,构构成成了了输输送液体的管道,使植株得以生长。送液体的管道,使植株得以生长。在在植植物物发发育育过过程程中中有有一一种种超超敏敏反反应应,细细菌菌感感染染时时,不不仅仅杀杀死死自自身身,而而且且使使周周围围的的细细胞胞发发生生变变化化乃乃至至死死亡亡。这这是是

11、防防止止细细菌菌在在细细胞胞中中增增殖殖和和传传播播的的一一种种防防御御保保护护机机制。这是一种重要的植物免疫机制。制。这是一种重要的植物免疫机制。动动物物,如如两两栖栖类类的的青青蛙蛙,当当蝌蝌蚪蚪变变成成为为青青蛙蛙时时,构构成成尾巴的细胞就进入程序性死亡而使尾巴脱落。尾巴的细胞就进入程序性死亡而使尾巴脱落。第十张,PPT共五十页,创作于2022年6月生理性的细胞死亡与基因表达密切相关。生理性的细胞死亡与基因表达密切相关。细胞的死亡总是发生在确定的发育阶段和确定的细胞。细胞的死亡总是发生在确定的发育阶段和确定的细胞。4 4、调控细胞凋亡的主要基因、调控细胞凋亡的主要基因例如:例如:线虫在发

12、育过程中,线虫在发育过程中,10901090个体细胞中有个体细胞中有131131个注定要死亡;个注定要死亡;线虫的第一期幼虫有线虫的第一期幼虫有6 6个外胚层生成区(个外胚层生成区(ectoblastectoblast,V1-V6V1-V6),其中),其中V5V5负责产生神经元负责产生神经元突起:包括突起:包括2 2个神经元,一个为产多巴胺的神经元(个神经元,一个为产多巴胺的神经元(DNDN),另一个为非产多巴胺的神经元),另一个为非产多巴胺的神经元(N N);以及);以及2 2个辅助细胞,即鞘细胞(个辅助细胞,即鞘细胞(sheath cellsheath cell,SHSH)和槽细胞()和槽

13、细胞(socket cellsocket cell,SOSO),同时还有一个注定要死亡的细胞(),同时还有一个注定要死亡的细胞(X X)。)。第十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月这些基因被命名为这些基因被命名为cedced基因。基因。cedced3 3和和cedced4 4使细胞进入程序使细胞进入程序性死亡,当这性死亡,当这2 2个基因中有一个发生个基因中有一个发生突变时,可使细胞不出现程序性死突变时,可使细胞不出现程序性死亡;亡;cedced9 9的作用正好相反,是细胞死的作用正好相反,是细胞死亡的负调控基因,只有当它发生突亡的负调控基因,只有当它发生突变丧失原有功能时,才是致死的

14、。变丧失原有功能时,才是致死的。线虫细胞程序性死亡至少有线虫细胞程序性死亡至少有1414个基因起作用个基因起作用第十二张,PPT共五十页,创作于2022年6月1 1个成熟卵、个成熟卵、2 2个极体个极体 (包被在透明带里)(包被在透明带里)。一、受精一、受精受精:受精:生物的雌雄配子(精子和卵)通过受精成为合子的过程。生物的雌雄配子(精子和卵)通过受精成为合子的过程。卵原细胞卵原细胞卵母细胞卵母细胞(1 1)精母细胞精母细胞精原细胞精原细胞初级精母细胞初级精母细胞(1 1)次级精母细胞次级精母细胞精子精子(4 4)第三节第三节 早期胚胎发育早期胚胎发育第十三张,PPT共五十页,创作于2022年

15、6月受精卵不断的快速分裂成较小的细胞受精卵不断的快速分裂成较小的细胞,叫叫卵裂卵裂。二、卵裂二、卵裂第一次卵裂和第二次卵裂都是纵向分裂,第第一次卵裂和第二次卵裂都是纵向分裂,第三次分裂则是横向分裂,是不均等的水平分三次分裂则是横向分裂,是不均等的水平分裂,生成的裂,生成的8 8个卵裂球中,上面的个卵裂球中,上面的4 4个体积个体积小,下面的小,下面的4 4个体积大,含有大量卵黄个体积大,含有大量卵黄(yolkyolk)颗粒。)颗粒。卵裂产生的细胞称为卵裂球。卵裂产生的细胞称为卵裂球。第十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月每种物种均有其特有的胚胎卵裂图式每种物种均有其特有的胚胎卵裂图式果

16、果蝇蝇人人类类第十五张,PPT共五十页,创作于2022年6月胚泡中分化出现:滋养层细胞;内细胞团胚泡中分化出现:滋养层细胞;内细胞团 三、胚三、胚层层分化分化和干细胞和干细胞在在8个卵裂球期,每个卵裂球在生化、个卵裂球期,每个卵裂球在生化、形态和发育潜能上都没有差别,也形态和发育潜能上都没有差别,也就是在发育上是全能的。就是在发育上是全能的。可是当卵裂球成团结合时,细胞处可是当卵裂球成团结合时,细胞处在外层还是内层,会使以后生成的在外层还是内层,会使以后生成的卵裂球出现了不同的生物学功能。卵裂球出现了不同的生物学功能。处在外层的细胞生成滋养层,而处处在外层的细胞生成滋养层,而处在内层的细胞则生

17、成内细胞团而产在内层的细胞则生成内细胞团而产生胚胎(几个细胞?)。生胚胎(几个细胞?)。第十六张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.1.如如果果胚胚泡泡中中只只有有一一个个细细胞胞形形成成以以后后的的胚胚胎胎,则则生生下下小小鼠鼠的的毛毛色色或或者者全全是是黑黑色色,或或者者全全是白色。是白色。2.2.如如果果胚胚泡泡中中有有两两个个细细胞胞参参与与胚胚胎胎的的生生成成,则则异异决决表表型型小小鼠鼠的的数数目目应应占占子子代代中中的的半半数数(1ww1ww:2wB2wB:1BB1BB),),3.3.如如果果胚胚泡泡中中的的3 3个个细细胞胞生生成成胚胚胎胎,则则异异决决表表型型小小鼠鼠应

18、应占占7575(1www1www:3wwB3wwB:3wBB3wBB:1BBB1BBB););4.4.如如果果胚胚泡泡中中的的4 4个个细细胞胞生生成成胚胚胎胎,则则毛毛色黑白相间小鼠的概率为色黑白相间小鼠的概率为87.587.5。异决表型小鼠试验异决表型小鼠试验:将基因型不同的两种小鼠,例如皮毛为黑色的和白色的两种小将基因型不同的两种小鼠,例如皮毛为黑色的和白色的两种小鼠的鼠的8 8细胞期胚胎去除透明带后人工聚集成为一个胚胎,形成一个共同的胚泡后,细胞期胚胎去除透明带后人工聚集成为一个胚胎,形成一个共同的胚泡后,生下的小鼠中有毛色黑白相间的异决表型小鼠,即这种小鼠兼有两种基因型的细生下的小鼠

19、中有毛色黑白相间的异决表型小鼠,即这种小鼠兼有两种基因型的细胞。胞。第十七张,PPT共五十页,创作于2022年6月原肠胚(原肠胚(gastrulation)形成期)形成期 原始胚层原始胚层(germlayer)a)外胚层外胚层(ectoderm):表皮,毛发,指甲。表皮,毛发,指甲。b)中胚层中胚层(mesoderm):结缔组织,骨,血液,心,平滑肌,结缔组织,骨,血液,心,平滑肌,睾丸,卵巢。睾丸,卵巢。c)内胚层(内胚层(endoderm):):消化道,尿道,肝,胆,胰腺。消化道,尿道,肝,胆,胰腺。第十八张,PPT共五十页,创作于2022年6月哺乳动物原肠胚生成过程中,母体基因组和父体基

20、因组起着不同的作用。哺乳动物原肠胚生成过程中,母体基因组和父体基因组起着不同的作用。精子来源的基因可能是绒毛膜正常发育所需,而卵来源的基因,则为胎精子来源的基因可能是绒毛膜正常发育所需,而卵来源的基因,则为胎儿发育本身所必需。基因组印记的实例。儿发育本身所必需。基因组印记的实例。由父体来源的单亲二倍体小鼠胚胎可以进一步发育生由父体来源的单亲二倍体小鼠胚胎可以进一步发育生成正常的绒毛膜,但胚胎却因有缺陷而死亡;成正常的绒毛膜,但胚胎却因有缺陷而死亡;由母体来源的单亲二倍体小鼠胚胎能发育成正常的胎鼠,可由母体来源的单亲二倍体小鼠胚胎能发育成正常的胎鼠,可是却因绒毛膜的缺陷而死亡。是却因绒毛膜的缺陷

21、而死亡。第十九张,PPT共五十页,创作于2022年6月3 3种胚层经过了细胞分化生成各种器官的原基,如肢、眼、心种胚层经过了细胞分化生成各种器官的原基,如肢、眼、心等原基,这是等原基,这是器官生成器官生成。原基先是生成微小而精确的结构,然后逐渐长大,在生物体的各个原基先是生成微小而精确的结构,然后逐渐长大,在生物体的各个正确部位长成各种器官和组织,这是正确部位长成各种器官和组织,这是形态建成形态建成。神经管胚形成期神经管胚形成期第二十张,PPT共五十页,创作于2022年6月器官器官生成生成形态建形态建成成人的发育过程人的发育过程第二十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月干细胞(干细胞(s

22、tem cell)干细胞干细胞:能不断增殖更新自身,具有分化能力的细胞。:能不断增殖更新自身,具有分化能力的细胞。全能干细胞(全能干细胞(totipotent):能够分化产生各种细胞直至个体的细胞。例如胚胎能够分化产生各种细胞直至个体的细胞。例如胚胎干细胞(干细胞(embryonic stem cell)。)。多能干细胞(多能干细胞(pluripotent stem cell):具有多种分化能力的细胞。具有多种分化能力的细胞。例如不同胚层的特异性细胞可以分化形成特定的组织和器官。例如不同胚层的特异性细胞可以分化形成特定的组织和器官。多效干细胞(多效干细胞(multipotent stem ce

23、ll):):具有专一分化能力的细胞。例如骨具有专一分化能力的细胞。例如骨髓中的造血干细胞。髓中的造血干细胞。第二十二张,PPT共五十页,创作于2022年6月全全 能干能干细胞细胞多多 能干能干细胞细胞多多 效干效干细胞细胞第二十三张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.1.前、后轴方向(头尾)前、后轴方向(头尾)2.2.背、腹轴方向背、腹轴方向3.3.左、右左、右轴方向轴方向第四节第四节 基因在胚胎极性生成中的作用基因在胚胎极性生成中的作用孔孔细细胞胞在胚胎发育过程中,各种类型在胚胎发育过程中,各种类型的细胞特化方向:的细胞特化方向:第二十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月原肠胚生

24、成期:原肠胚生成期:腹沟形成腹沟形成头沟形成头沟形成孔细胞(含极质、孔细胞(含极质、P P颗粒)进入颗粒)进入胚胎内部胚胎内部一、果蝇胚胎极性的形成一、果蝇胚胎极性的形成第二十五张,PPT共五十页,创作于2022年6月受受精精后后母母体体效效应应的的信信息息贮贮存存在在卵卵的的皮皮壳壳(cortexcortex)中中,使使卵卵有有前前后后和和腹腹背背的的取取向向。成成熟熟卵卵中中贮贮存存母母体体效效应应信信息息的的mRNAmRNA是是通通过过1515个个二二倍倍体体的的滋滋养养细细胞胞(护护卫卫细细胞胞)分分泌泌进进卵卵细细胞胞质质。在在滋滋养养细细胞胞中中,可可以以检检测测到到以以后后将在卵

25、母细胞中出现的与背部生成有关的将在卵母细胞中出现的与背部生成有关的mRNAmRNA。二、果蝇背腹轴极性形成中基因的作用二、果蝇背腹轴极性形成中基因的作用果蝇背腹轴极性化已知涉及果蝇背腹轴极性化已知涉及1010个基因。卵细胞的这个基因。卵细胞的这1010个个基因发生突变或缺失,即使精子可以提供一份完整的野生基因发生突变或缺失,即使精子可以提供一份完整的野生型基因,胚胎也无法正常发育。型基因,胚胎也无法正常发育。第二十六张,PPT共五十页,创作于2022年6月母体背部基因的母体背部基因的RNARNA在卵受精后在卵受精后90min90min时才翻时才翻译产生背部蛋白质。译产生背部蛋白质。当合胞体细胞

26、形成许多细胞时,当合胞体细胞形成许多细胞时,背部蛋白质进背部蛋白质进入合胞体腹侧的细胞核,细胞核的腹化基因入合胞体腹侧的细胞核,细胞核的腹化基因被激活,背化基因被抑制被激活,背化基因被抑制分化出腹化细分化出腹化细胞;胞;如果背部蛋白质没有进入细胞核,则细如果背部蛋白质没有进入细胞核,则细胞核的腹化基因不能激活,背化基因不胞核的腹化基因不能激活,背化基因不被抑制被抑制分化出背化细胞。分化出背化细胞。第二十七张,PPT共五十页,创作于2022年6月前端组织前端组织中心中心后端组后端组织中心织中心1 1、母体效应基因、母体效应基因在昆虫卵里至少有在昆虫卵里至少有2 2个组织中心,即前端组织中心和后个

27、组织中心,即前端组织中心和后端组织中心。分别从这两端开始,形成两个梯度而产端组织中心。分别从这两端开始,形成两个梯度而产生两个组织区域。每个梯度在胚胎的端部生成其自身生两个组织区域。每个梯度在胚胎的端部生成其自身的结构;两个梯度间的相互作用,则生成胚胎中间部的结构;两个梯度间的相互作用,则生成胚胎中间部分的结构。分的结构。母体母体Bicoid(bcd)和合子)和合子Hunchback(hb)决定)决定胚胎前端的形态,胚胎前端的形态,bcd基因失活会引起头胸部缺失,基因失活会引起头胸部缺失,并使头区变为尾节的特征。并使头区变为尾节的特征。Nanos(nos)和)和Caudal(cdl)等决定后端

28、的形态,)等决定后端的形态,Torso(tor)决定胚胎末端的形态,这些基因共同决)决定胚胎末端的形态,这些基因共同决定胚胎的前后轴。定胚胎的前后轴。三、果蝇前后轴极性的发生三、果蝇前后轴极性的发生第二十八张,PPT共五十页,创作于2022年6月正常正常如如果果把把发发育育早早期期的的卵卵切切成成两两半半,前前端端和和后后端端分分开开,然然后后把把一一个个卵卵的的前前半半部部和和另另一一个个卵卵的的后后半半部部连连接接起起来来,结结果果前前半半个个卵卵发发育育出出前前端端胚胚胎胎,后后半半个个卵卵发育出后端胚胎,但都没有胚胎中部的体节。发育出后端胚胎,但都没有胚胎中部的体节。如如果果是是在在卵

29、卵的的发发育育后后期期切切割割后后再再连连接接,则则会会生生成成一一些些中中部部体体节节。这这个个实实验验证证明明,在在卵卵裂裂期期间间,卵卵的的两两端端确确有有控控制制胚胚胎胎发发育育的的梯梯度度,这这两两种种梯梯度度间间的的相相互互作作用用产产生生了了位位置置信信息息,决决定定每每个个体体节节的的实实体。体。叶蝉胚胎连接实验叶蝉胚胎连接实验第二十九张,PPT共五十页,创作于2022年6月(1 1)裂隙基因)裂隙基因 gap gene 这是一些受母体效应基因调控的合子基因,这是一些受母体效应基因调控的合子基因,在胚胎的一定区域(约在胚胎的一定区域(约2 2个体节的宽度)个体节的宽度)内表达内

30、表达这些基因如发生突变,则会使胚胎体节图这些基因如发生突变,则会使胚胎体节图式出现式出现裂隙裂隙这是胚胎转录的第一批基因这是胚胎转录的第一批基因裂隙裂隙基因基因2 2、分节基因、分节基因第三十张,PPT共五十页,创作于2022年6月hunchback基因受基因受bcd基因调控而转录表达第一基因调控而转录表达第一个合子基因。个合子基因。Bicoid蛋白质结合蛋白质结合hunchback基因,激活基因,激活hunchback基因转录,形成头胸。突变时,基因转录,形成头胸。突变时,不生成头和胸。不生成头和胸。Nanos蛋白质则在后部抑制蛋白质则在后部抑制hunchback基因基因mRNA的翻译的翻译

31、,形成腹部,形成腹部。Nanos蛋白质缺蛋白质缺失,抑制失,抑制形成腹部。形成腹部。hunchback基因基因第三十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月裂裂隙隙基基因因的的蛋蛋白白质质产产物物使使成成对对规规则则基基因因在在间间隔隔体体节节的的原原基基中中转转录录,把把宽宽阔阔的的裂裂隙隙基基因因表表达达范范围围分分成成7 7个带区。个带区。成成对对规规则则基基因因突突变变的的结结果果是是每每隔隔一一个个体体节节就就缺缺失失一一部部分分(ftz(ftz基基因因突突变变纯纯合合子子,体体节节只只有有正正常常的一半,的一半,7 7个体节(偶数)消失个体节(偶数)消失)。已已知知有有3 3个个

32、基基因因:hairyhairy、evenevenskippedskipped和和runtrunt是是初初级级成成对对规规则则基基因因,它它们们直直接接受受裂裂隙隙基基因因的的蛋蛋白质所调控。白质所调控。(2 2)成对规则基因()成对规则基因(pairrule genespairrule genes)成对规则成对规则基因基因2 2、分节基因、分节基因第三十二张,PPT共五十页,创作于2022年6月体体节节极极性性基基因因的的转转录录图图式式是是受受成成对对规规则则基基因因pairpairrulerule基基因因所所调调控控,这这类类基基因因的的功功能能是是保保持持每每一一体体节节中中的的某某些些

33、重重复复结结构构,体体节节极极性性基基因因在在每每个个体体节节内内部部调调控控其其发发育模式,包括极性。育模式,包括极性。当当这这类类基基因因发发生生突突变变后后,会会使使每每一一体体节节的的一一部部分分结结构构缺缺失失,而而被被该该体体节节的的另另一一部部分分的的镜镜像像结结构构所所替替代代。例例如如:engrailengrail基基因因是是保保持持前前后后体体节节间间的的分分界界,engrailengrail突突变变型型胚胚胎胎则则出出现现前前后后体体节节融融合合为为一一,即即每每一一体体节节的的后后半半部部被被后后一一个个体节的前半部的重复结构所替代。体节的前半部的重复结构所替代。(3

34、3)体节极性基因)体节极性基因2 2、分节基因、分节基因第三十三张,PPT共五十页,创作于2022年6月体体节节极极性性基基因因又又激激活活同同源源异异形形基基因因,同同源源异异形形基基因因负负责责确确定定每每一一个个体体节节的的特特征征结结构构。眼眼睛睛、触角、腿、翅膀等。触角、腿、翅膀等。同同源源异异形形基基因因发发生生突突变变会会使使一一个个体体节节上上长长出出另另一一个个体体节节的的特特征征性性结结构构。例例如如,果果蝇蝇长长触触角角的的部部位位长出一个腿节,果蝇胸节上长出两对翅膀。长出一个腿节,果蝇胸节上长出两对翅膀。同同源源异异形形基基因因序序列列中中都都有有一一个个180180个

35、个核核苷苷酸酸的的保保守守序序列列,编编码码6060个个氨氨基基酸酸。这这180180个个核核苷苷酸酸序序列列称称为为同同源源框框(homeobox)(homeobox),6060个个氨氨基基酸酸残残基基则则成成为为同同源源异异形形基基因因编编码码蛋蛋白白质质中中的的同同源源异异形形域域(homeodomain)(homeodomain)3 3、同源异形基因、同源异形基因第三十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月母体效应基因母体效应基因bcdbcdHunchback蛋白质梯度蛋白质梯度裂隙基因裂隙基因成对规则基因成对规则基因体节极性基因体节极性基因Bicoid蛋白质蛋白质同源异形基因同源

36、异形基因 第三十五张,PPT共五十页,创作于2022年6月 胚胎形体的发育胚胎形体的发育 1.体轴体轴(母体基因母体基因)2.分节(分节基因)分节(分节基因)3.体节特征(同源异型基因)体节特征(同源异型基因)由多个基因群形成的由多个基因群形成的多层次网络控制多层次网络控制级级联联反反应应是是指指一一些些基基因因的的表表达达产产物物可可激激活活另另一一些些基基因因的的活活性性;这这些些激激活活的的基基因因的产物,又调控另外一些基因的表达。的产物,又调控另外一些基因的表达。裂隙基因裂隙基因 成对规则基因成对规则基因 体节极性基因体节极性基因第三十六张,PPT共五十页,创作于2022年6月四、哺乳

37、动物的同源异形基因四、哺乳动物的同源异形基因哺乳动物胚胎的前后轴与果蝇一样也哺乳动物胚胎的前后轴与果蝇一样也是由同源异形基因特化的。是由同源异形基因特化的。果蝇和脊果蝇和脊椎动物是在椎动物是在5 5亿年前趋异进化的。亿年前趋异进化的。同源异形框在进化上十分保守。同源异形框在进化上十分保守。果蝇第三号果蝇第三号染色体上有两个同源异形基因复合体,统称为染色体上有两个同源异形基因复合体,统称为HOMC,在人和小鼠的基因组中有,在人和小鼠的基因组中有HOMC的的4份拷贝。小鼠的称为份拷贝。小鼠的称为HoxA、HoxB、HoxC和和HoxD,人的称为,人的称为HOXA、HOXB、HOXC和和HOXD。第

38、三十七张,PPT共五十页,创作于2022年6月果蝇和哺乳动物的同源异形基因在染色体上的排列次序十分相似,而且基因表达的图式也果蝇和哺乳动物的同源异形基因在染色体上的排列次序十分相似,而且基因表达的图式也是相同的。是相同的。与果蝇与果蝇labial、proboscipedia和和Deformed基因同源的哺乳动物同源异形基因,基因同源的哺乳动物同源异形基因,也同样是在胚胎前端表达;而与果蝇也同样是在胚胎前端表达;而与果蝇AbdB同源的哺乳动物基因则在后端表达。同源的哺乳动物基因则在后端表达。第三十八张,PPT共五十页,创作于2022年6月1.1.哺哺乳乳动动物物的的躯躯体体结结构构并并不不是是对

39、对称称的的。心心脏脏位位于于胸胸腔腔的的左左侧侧,脾脾脏脏在在腹腹腔腔的的左左侧侧,肝肝的的大大叶叶在在右右侧侧。因因此此,胚胚胎胎发发育育除除了了前前后后轴轴和和背腹轴外,还有左右轴。背腹轴外,还有左右轴。2.2.不对称机制:左右轴的生成可能在两个层次上受到调控。不对称机制:左右轴的生成可能在两个层次上受到调控。1 1)一一个个是是全全局局整整体体层层次次。转转基基因因小小鼠鼠,将将酪酪氨氨酸酸酶酶基基因因随随机机地地插插入入了了4 4号号染染色色体体一一个个区区段段,把把原原来来位位置置上上的的基基因因剔剔除除了了。这这种种插插入入部部位位的的纯纯合合小小鼠鼠在在尸尸体体解解剖剖意意外外地

40、地发发现现所所有有这这些些小小鼠鼠的的器器官官均均是是左左右右倒倒置置的的,可可能能改改变变了了与与左左右右轴轴极极性性生生成成有有关关的的基因间相互作用的复杂调控途径。基因间相互作用的复杂调控途径。2 2)另另一一个个是是器器官官专专一一层层次次。证证据据也也是是来来自自小小鼠鼠器器官官倒倒置置突突变变型型。这这种种突突变变小小鼠鼠的的不不对对称称器器官官有有位位于于左左侧侧还还是是位位于于右右侧侧的的一一次次选选择择,而而决决定定却却是是由由其其他他器器官官作作出出的的。例例如如,在在发发育的某个关育的某个关键时键时期,期,肾肾上腺素可以上腺素可以诱诱使器官左右倒置。使器官左右倒置。五、哺

41、乳动物的左右轴生成中的基因五、哺乳动物的左右轴生成中的基因第三十九张,PPT共五十页,创作于2022年6月第五节第五节 性别决定性别决定性别决定的类型:性别决定的类型:基因决定型:大多数的生物 昆虫:昆虫:X:A 两栖类两栖类 zz/zw xx/xy 鸟类鸟类 zz/zw 哺乳类:哺乳类:xx/xy环境决定型:较低等的生物中:某些两栖类某些两栖类 鱼类鱼类 第四十张,PPT共五十页,创作于2022年6月一、性染色体和常染色体套数之比决定性别一、性染色体和常染色体套数之比决定性别XY2A 0.5XX2A 1.0XO2A 0.5果蝇果蝇(分子(分子:分母比值)分母比值)sxl激激活活tra抑抑制制

42、sxl抑抑制制tra激活激活1.00.5(不育)第四十一张,PPT共五十页,创作于2022年6月二、哺乳动物的性别决定二、哺乳动物的性别决定第四十二张,PPT共五十页,创作于2022年6月 XY XX TDF 无睾丸 卵巢 第四十三张,PPT共五十页,创作于2022年6月三、三、Y Y染色体的睾丸决定基因染色体的睾丸决定基因第四十四张,PPT共五十页,创作于2022年6月 Testis determination SRY box gene Family(SOX9)HMG(High Mobility Group)boxSRY(Sex Determing region of the Y)TDF(T

43、estis Determing Factor)Y ChromosomeQ:XY XXY XXXY XXX XO 性别?第四十五张,PPT共五十页,创作于2022年6月四、环境因子与性决定四、环境因子与性决定1.1.温度性别决定(爬行类)温度性别决定(爬行类)蜥蜴蜥蜴龟蟹龟蟹30302828第四十六张,PPT共五十页,创作于2022年6月2.2.后嗌的位置性别决定(蠕虫)后嗌的位置性别决定(蠕虫)(2 2)雌雌虫虫雌虫的吻雌虫的吻1 m雄虫(共生)雄虫(共生)1-3mm(1 1)幼虫全是雌虫)幼虫全是雌虫 10cm、吻1 m成虫产卵在海里,发育成幼虫,不具有性别成虫产卵在海里,发育成幼虫,不具有

44、性别如自由生活发育成雌性,个体大,长有一个长吻如自由生活发育成雌性,个体大,长有一个长吻若幼虫落入其口吻部,则发育成雄性,个体很小,只有雌性的若幼虫落入其口吻部,则发育成雄性,个体很小,只有雌性的1/500如果把落入雌虫吻部的幼虫移去,则发育成中间性。这是因雌性吻部有一种类似激素如果把落入雌虫吻部的幼虫移去,则发育成中间性。这是因雌性吻部有一种类似激素的化学物质影响幼虫的性分化。的化学物质影响幼虫的性分化。第四十七张,PPT共五十页,创作于2022年6月4.4.性激素性别决定性激素性别决定金鱼、罗非鱼、鲤鱼、鲫鱼等金鱼、罗非鱼、鲤鱼、鲫鱼等性激素诱导可发生性逆转。性激素诱导可发生性逆转。3、蜜

45、蜂的性别形成、蜜蜂的性别形成蜜蜂在飞行中交配蜜蜂在飞行中交配,交配后雄蜂死亡,蜂王得到一生所需的精子交配后雄蜂死亡,蜂王得到一生所需的精子受精卵发育的幼虫(受精卵发育的幼虫(n=32),如果只吃上),如果只吃上2-3天蜂王浆则要经过天蜂王浆则要经过21天天才发育成不育的工蜂(职蜂),如果有幸吃上才发育成不育的工蜂(职蜂),如果有幸吃上5天蜂王浆则经过天蜂王浆则经过16天就天就发育成能生育的雌蜂王。发育成能生育的雌蜂王。蜂王产下每一窝卵中未受精的发育成为雄蜂蜂王产下每一窝卵中未受精的发育成为雄蜂,是单倍体是单倍体n=16第四十八张,PPT共五十页,创作于2022年6月一、珠蛋白基因的表达活性一、珠蛋白基因的表达活性二、免疫球蛋白基因的重排二、免疫球蛋白基因的重排三、控制发育的信号分子三、控制发育的信号分子四、信号传导四、信号传导第六节第六节 分化发育过程中分化发育过程中基因的活性基因的活性第四十九张,PPT共五十页,创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第五十张,PPT共五十页,创作于2022年6月

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