第二十四章基因調(diào)控和細(xì)胞分化發(fā)育

第二十四章基因調(diào)控和細(xì)胞分化發(fā)育模式形成的三種方式1）鑲嵌式發(fā)育例：線蟲（C.elegans)2)調(diào)節(jié)模式例：脊椎動(dòng)物，如哺乳類3）半程序化（自主特異和條件特異相結(jié)合）例：果蠅的成蟲盤自主特異化條件特異化AEACEABCDEABCDE自主和條件特異化鑲嵌發(fā)育：調(diào)節(jié)發(fā)育：形成體原基分布圖ABCDEABCDE從分子水平來探討

發(fā)育和分化的實(shí)質(zhì)

其中心是：（1）細(xì)胞分化是由什么觸發(fā)；（2）一個(gè)個(gè)體各種細(xì)胞所含的基因組都是相同的，為什么會(huì)分化為不同類型的細(xì)胞；（3）分化是否可逆？這些匯集到一點(diǎn)就是基因表達(dá)的調(diào)控和分化、發(fā)育的關(guān)系。

第一節(jié)高等生物的細(xì)胞核是否有全能性

一.植物細(xì)胞核的全能性二.兩棲動(dòng)物的核移植1950年RobertBriggs和ThomasKing建立一種兩棲動(dòng)物的核移植技術(shù)。他們還發(fā)現(xiàn)從蛙的囊胚（blastula）細(xì)胞中分離的核是保持著全能性。JohnGurdon用非洲爪蟾（Xenopuslaevis）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)了完全不同的結(jié)果。植物的細(xì)胞培養(yǎng)用胡蘿的根尖細(xì)胞可培養(yǎng)出一株完整的胡蘿卜三、克隆羊的誕生

1996年7月IanWilmut克隆一頭名叫“多利”的小綿羊用一頭母羊乳腺的細(xì)胞核移植到另一頭母羊的去核卵細(xì)胞中，經(jīng)體外培養(yǎng)后，再移植到假孕母羊的子宮內(nèi)發(fā)育而成。實(shí)驗(yàn)一共移植了247個(gè)卵，多利是其中唯一成功的一頭,可見難度是很大的。1.低血清培養(yǎng)（血清濃度由100%降低到0.5%)2.綿羊受精卵在第四次卵裂前核基因仍不表達(dá)。1997年英國蘇格蘭愛丁堡羅斯林研究所(RoslinInstitute)的Wilmut,I利用綿羊的乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核成功地克隆了一只小羊“多利(Dolly)”。這是世界上第一例成年山羊體細(xì)胞克隆出的“元元”，但由于肺部發(fā)育缺陷，它只存活了36小時(shí)零3分鐘，就因呼吸衰竭而死亡。這是在日本誕生的克隆牛，此是繼“多利”羊后，科學(xué)家利用成年動(dòng)物體細(xì)胞成功克隆的又一動(dòng)物。美國得克薩斯農(nóng)業(yè)和機(jī)械大學(xué)的科研人員于2001年9月成功地克隆了5只豬。美國科學(xué)家已連續(xù)培養(yǎng)出6代克隆鼠世界上第一只克隆猴“泰特拉”在美國俄勒岡靈長類動(dòng)物中心誕生2002年2月21日《nature》報(bào)道美國得克薩斯農(nóng)業(yè)和機(jī)械大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院的馬克?韋斯特霍欣等成功地克隆出了小貓“茜茜”茜茜的供體茜茜和她的代孕媽媽茜茜克隆羊的成功有著極重要的意義：

（1）在理論上充分證明了動(dòng)物的細(xì)胞核有著全能性，發(fā)育是可逆的，從而結(jié)束了幾十年來的爭(zhēng)論；（2）建立了高等哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆的方法，為搶救頻臨滅絕的珍稀動(dòng)物和大量繁殖優(yōu)良品種奠定了基礎(chǔ)；（3）引發(fā)了人們對(duì)克隆人這一敏感問題的廣泛注意。第二節(jié)線蟲（C.elegans）的發(fā)育模式

C.elegans:體長僅1mm,生命周期僅3天。 1.2n=12，2.基因組僅有8×107bp，約有13,500個(gè)基因。3.與原核相似，有25%左右的基因產(chǎn)生多順反子

mRNA（PolycistronicmRNA）4.是其基因組中非重復(fù)序列達(dá)83%，E.coli為100%

而高等的真核生物都在50%以下；5.大部分是XX型，為可以自體受精的兩性體（hermaphrodites）,XO型為雄體(突變型,約占1/500)。C.elegans成體由959個(gè)細(xì)胞組成。

第三節(jié)果蠅的早期發(fā)育

一．卵子的發(fā)生

濾泡細(xì)胞是體細(xì)胞，

滋養(yǎng)細(xì)胞和卵母細(xì)胞是生殖細(xì)胞互連細(xì)胞（interconnectedcell），連接處稱胞質(zhì)橋（cytoplasmicbridges）或稱為環(huán)溝（ringcanals）濾泡細(xì)胞滋養(yǎng)細(xì)胞果蠅卵泡外表面含有一層濾泡細(xì)胞，它包圍在滋養(yǎng)細(xì)胞的四周，滋養(yǎng)細(xì)胞緊靠著卵母細(xì)胞。滋養(yǎng)細(xì)胞通過胞質(zhì)橋彼此相連，也和卵母細(xì)胞的兩側(cè)相通。濾泡細(xì)胞是體細(xì)胞，滋養(yǎng)細(xì)胞和卵母細(xì)胞是生殖細(xì)胞受精卵合胞體胚囊分裂1~8次細(xì)胞胚囊控制發(fā)育的三類基因：1、母體基因(maternalgene)1)影響前-后極性的基因有bicoid(bcd)(兩頭尖)的前部群有nanos(nos)(侏儒)的后部群有torso(中段)和caudal的端部群2)影響背腹極性的基因dorsal(dal)和toll2、影響身體分節(jié)的基因1)合子基因(zygotic)2)副節(jié)(parasegments)3)裂缺基因(gapgene)將胚胎分成對(duì)應(yīng)于副體節(jié)的主要區(qū)域4)配對(duì)法則基因(pair-rulegenes)確定胚胎中的副體節(jié)5)體節(jié)極化基因(segmentpolaritygenes)負(fù)責(zé)副體節(jié)中細(xì)胞類型的特異化突變引起體節(jié)特定區(qū)域的缺失果蠅幼蟲和成蟲的體節(jié)和副節(jié)3、影響體節(jié)一致性的基因----同源異形選擇者基因(homeoticselectorgenes)(1)觸角足復(fù)合體(ANT-C)

該基因的突變使觸角變成了第二對(duì)腿

(2)雙胸復(fù)合體(BX-C)

含有幾組控制胸節(jié)發(fā)育的同源異形基因，若發(fā)生突變會(huì)導(dǎo)致腹部形態(tài)的改變

母體基因：座標(biāo)基因

前后軸背復(fù)軸↓合子基因:分節(jié)基因同源異形基因裂缺基因配對(duì)規(guī)則基因體節(jié)極性基因ANT-CBX-C

↓↓分化前后軸有關(guān)的系統(tǒng)：

1.前部系統(tǒng)（anteriorsystem）是負(fù)責(zé)頭和胸的發(fā)育。關(guān)鍵的基因是bicoid(兩頭尖)，其基因產(chǎn)物是一種序列特異DNA結(jié)合蛋白，作為決定前部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子。2.后部系統(tǒng)（posteriorsystem）負(fù)責(zé)腹部分節(jié)的一組基因，nanos(侏儒)

，其突變產(chǎn)生的胚胎腹節(jié)有缺陷，但極性正常。3.未端系統(tǒng)（terminalsystem）是負(fù)責(zé)卵的最前部（吻部）和最后部（尾節(jié)）的發(fā)育。已發(fā)現(xiàn)了7個(gè)基因，關(guān)鍵的基因是torso(中段)

，它編碼一個(gè)跨膜受體.

果蠅的發(fā)育主要分三個(gè)階段：

卵、幼蟲和成體果蠅。在發(fā)育的開始在卵中沿著前后軸（anterior-posterior）和背腹軸（dorsal-vontral）建立一個(gè)梯度。前后軸系統(tǒng)沿著幼蟲的體長控制位置信息，而同時(shí)腹背系統(tǒng)調(diào)節(jié)組織的分化，中胚層、經(jīng)神外胚層和背部外胚層。BCD蛋白是Bicoid

的產(chǎn)物，HB－M是hunchback的產(chǎn)物BCD是一種序列特DNA結(jié)合蛋白，作為決定前部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子。由于BicoidmRNA位于早期卵裂胚的前部，因而前部的一些基因被激活。bcdmRNA是在滋養(yǎng)細(xì)胞中產(chǎn)生的，然后通過胞質(zhì)間橋轉(zhuǎn)運(yùn)到卵母細(xì)胞的前部區(qū)nosmRNA位于卵母細(xì)胞的后極，而此基因的產(chǎn)物是一個(gè)轉(zhuǎn)錄的阻遏物。在這些基因中，由于nanos的存在hb的mRNA不能翻譯成蛋白。即hb受到bcd和nos產(chǎn)物的共同調(diào)控。形成素經(jīng)分子雜交bcdmRNA定位于前部經(jīng)免疫雜交BCD蛋白定位于前部經(jīng)分子雜交nosmRNA定位于后部經(jīng)分子雜交NOS蛋白定位于后部(a)野生型(b)bcd母體效應(yīng)致死突變型：兩端和胸節(jié)缺失頭溝的位置

在果蠅早