第二十四章 基因调控和细胞的分化发育.ppt

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　　标题： 第二十四章 基因调控和细胞的分化发育

　　正文： 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)。

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　　其他占位符： 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

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　　自主特异化

　　条件特异化

　　A

　　E

　　A

　　C

　　E

　　A

　　B

　　C

　　D

　　E

　　A

　　B

　　C

　　D

　　E

　　自主和条件特异化

　　镶嵌发育：

　　调节发育：

　　形成体

　　原基分布图

　　ABCDE

　　ABCDE

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　　标题： 从分子水平来探讨发育和分化的实质

　　正文： 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。

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　　标题： 第一节 高等生物的细胞核是否有全能性

　　正文： 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。

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　　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

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　　标题： 三、克隆羊的诞生

　　正文： 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。

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　　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)”。

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　　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。

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　　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。

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　　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。

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　　美国科学家已连续培养出6代克隆鼠

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　　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

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　　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

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　　标题： 克隆羊的成功有着极重要的意义：

　　正文： (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。

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　　标题： 第二节 线虫(C.elegans)的发育模式

　　正文： 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(Polycistronic mRNA) 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。

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　　标题： 第三节 果蝇的早期发育

　　正文： 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)

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　　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

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　　受精卵

　　合胞体胚囊

　　分裂1~8次

　　细胞胚囊

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　　其他占位符： 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

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　　其他占位符： 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

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　　果蝇幼虫和成虫的体节和副节

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　　其他占位符： 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

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　　正文：

　　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-C BX-C

　　↓

　　↓

　　分化

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　　标题： 前后轴有关的系统：

　　正文： 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.

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　　标题： 果蝇的发育主要分三个阶段：

　　正文： 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。

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　　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Bicoid mRNA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 nos mRNA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

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　　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

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　　(a)野生型 (b)bcd母体效应致死突变型： 两端和胸节缺失

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　　标题： 头沟的位置

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　　标题： 背腹轴的调节

　　正文： 背腹极性是在gurken mRNA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。

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　　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

　　Dorsal

　　cactus

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　　标题： 第四节 母体基因的调节作用

　　正文： 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( maternal somatic genes)，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(maternal germline genes)，这些基因可以作用滋养细胞，或可作用卵母细胞。