遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座

第十一章遺傳與發(fā)育遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第1頁(yè)第十五章遺傳與發(fā)育

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第2頁(yè)高等生物從受精卵開(kāi)始發(fā)育，經(jīng)過(guò)一系列細(xì)胞分裂和分化，長(zhǎng)成新個(gè)體。這個(gè)過(guò)程通常稱為個(gè)體發(fā)育。細(xì)胞怎么能發(fā)生分化呢？其中基因起什么作用？細(xì)胞質(zhì)又有什么影響？這些都是發(fā)育遺傳學(xué)研究?jī)?nèi)容。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第3頁(yè)第一節(jié)發(fā)育遺傳學(xué)概論胚胎學(xué)：（受精-出生）胚胎發(fā)育遺傳與發(fā)育：細(xì)胞核（染色體）-形態(tài)結(jié)構(gòu)因子細(xì)胞質(zhì)-胚胎缺點(diǎn)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第4頁(yè)細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)在個(gè)體發(fā)育中作用一、細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞生長(zhǎng)和分化中作用動(dòng)、植物卵細(xì)胞即使是單細(xì)胞，但它細(xì)胞質(zhì)內(nèi)除顯見(jiàn)細(xì)胞器有分化外，還存在動(dòng)物極、植物極，灰色新月體和黃色新月體等分化。這些分化物質(zhì)未來(lái)發(fā)育成什么組織和器官，大致上已經(jīng)確定。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第5頁(yè)早在20世紀(jì)最初20年中，人們就發(fā)覺(jué)，假如把關(guān)注焦點(diǎn)集中在相對(duì)簡(jiǎn)單生物上則發(fā)育現(xiàn)象難題能夠得到部分解答。因?yàn)檫@些生物細(xì)胞數(shù)量更少，分布相對(duì)單一，改變也很好觀察。因?yàn)檫M(jìn)化原因，細(xì)胞生命在發(fā)育基本模式方面含有相當(dāng)大同一性，所以利用位于生物復(fù)雜性階梯較低級(jí)位置上物種來(lái)研究發(fā)育共通規(guī)律是可能。模式生物應(yīng)用尤其是當(dāng)在有不一樣發(fā)育特點(diǎn)生物中發(fā)覺(jué)共同形態(tài)形成和改變特征時(shí)，發(fā)育普遍原理也就得以建立。因?yàn)閷?duì)這些生物研究含有幫助我們了解生命世界普通規(guī)律意義，所以它們被稱為“模式生物”。

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第6頁(yè)第一個(gè)被用作模式生物是海膽（SeaUrchin），它胚胎對(duì)早期發(fā)育生物學(xué)發(fā)展有舉足輕重作用。早在1875年，奧斯卡·赫特維格（OscerHertiwig,1849-1922）就開(kāi)始以海膽為材料研究受精過(guò)程中細(xì)胞核作用，1890年后，海膽更在受精和早期胚胎發(fā)育研究中起了主要作用。1891年，漢斯·德瑞熙（HansDriesh，1876－1941）在海膽中完成了海膽胚胎分裂試驗(yàn)，為當(dāng)代發(fā)育生物學(xué)奠定了第一塊觀念里程碑。他在顯微鏡下把剛才完成第一次分裂海膽一分為二，結(jié)果發(fā)覺(jué)，分開(kāi)后兩個(gè)細(xì)胞各自形成了一個(gè)完整幼蟲(chóng)。這一試驗(yàn)意義在于證實(shí)胚胎含有調(diào)整發(fā)育能力，并使盛行一時(shí)機(jī)械論發(fā)育思想完全破產(chǎn)。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第7頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第8頁(yè)海膽卵切割試驗(yàn)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第9頁(yè)二、細(xì)胞核在細(xì)胞生長(zhǎng)和分化中作用

傘藻是一個(gè)大型單細(xì)胞海生綠藻，細(xì)胞核在基部假根內(nèi)。據(jù)研究，控制子實(shí)體形態(tài)物質(zhì)是mRNA。它在核內(nèi)形成后快速向藻體上部移動(dòng)，編碼決定子實(shí)體形態(tài)特殊蛋白質(zhì)合成。

嫁接試驗(yàn)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第10頁(yè)三、細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)在個(gè)體發(fā)育中相互依存在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)是相互依存、不可分割；細(xì)胞核內(nèi)“遺傳信息”決定著個(gè)體發(fā)育方向和模式，為蛋白質(zhì)合成提供模板(mRNA)以及其它各種主要RNA，從而控制了細(xì)胞代謝方式和分化程序；細(xì)胞質(zhì)則是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所，并為DNA復(fù)制、mRNA轉(zhuǎn)錄以及tRNA、rRNA合成提供原料和能量。另首先，細(xì)胞質(zhì)中一些物質(zhì)又能調(diào)整和制約核基因活性，使得相同細(xì)胞核因?yàn)椴灰粯蛹?xì)胞質(zhì)影響而造成細(xì)胞分化。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第11頁(yè)第二節(jié)基因在細(xì)胞分化和細(xì)胞決定中作用基因與發(fā)育過(guò)程個(gè)體發(fā)育階段性轉(zhuǎn)變過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是不一樣基因被激活或被阻遏過(guò)程。在發(fā)育某個(gè)階段，一些基因被激活而得到表示，另一些基因則處于被阻遏狀態(tài)。在發(fā)育另一階段，原來(lái)被阻遏基因因激活而表示了，原來(lái)表示基因卻被阻遏?；蚴欠竦玫奖硎荆蓮乃硎井a(chǎn)物一蛋白質(zhì)或轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA（差異顯示），或經(jīng)過(guò)比較突變型與野生型表型來(lái)推斷。

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第12頁(yè)一、單細(xì)胞生物細(xì)胞分化與發(fā)育調(diào)控

分化與發(fā)育比較簡(jiǎn)單

芽孢

RNA聚合酶：α2ββ’σ

二、多細(xì)胞生物細(xì)胞分化與細(xì)胞決定

自主特化

條件特化

合胞特化遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第13頁(yè)例1噬菌體分化和自然裝配控制T4噬菌體各“部件”合成以及裝配，需要70個(gè)基因。大致分成二類(lèi)：早期基因:主要控制早期侵染行為，產(chǎn)生早期mRNA，編碼合成噬菌體DNA酶等。晚期基因：主要控制蛋白質(zhì)“部件”合成，裝配新噬菌體并產(chǎn)生溶菌酶。不論早期基因或晚期基因發(fā)生突變，不能形成完整噬菌體。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第14頁(yè)2、細(xì)胞粘菌發(fā)育控制在盤(pán)基網(wǎng)柄菌不一樣發(fā)育階段，由不一樣階段性專(zhuān)一酶，分別在發(fā)育早期、中期、晚期發(fā)揮作用：早期酶：N-乙酰葡萄糖胺酶α-甘露糖苷酶中期酶：蘇氨酸脫氨酶海藻糖磷酸合成酶晚期酶：堿性磷酸酯酶β-葡萄糖苷酶遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第15頁(yè)3、高等植物發(fā)育中基因次序表示高等植物發(fā)育中基因表示在時(shí)間和空間上都是受到準(zhǔn)確控制。某一特定發(fā)育時(shí)期一些mRNA及蛋白質(zhì)合成改變，即相關(guān)基因依據(jù)植物發(fā)育需要依次表示結(jié)果。

大豆種子發(fā)育過(guò)程中七種不一樣類(lèi)型mRNA出現(xiàn)時(shí)間及相對(duì)數(shù)量。線條粗細(xì)代表mRNA相對(duì)含量遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第16頁(yè)4、高等動(dòng)物發(fā)育中基因次序表示人血紅蛋白是由兩條相同鏈和兩條相同β鏈聚合而成四聚體，即22。鏈基因簇包含一個(gè)活性基因、2個(gè)活性基因、1個(gè)假基因、2個(gè)假基因。β鏈基因簇含有5個(gè)功效性基因(1，2，1和1β基因)、1個(gè)β假基因。在人一生中，血紅蛋白鏈要經(jīng)歷屢次改變，即這些不一樣鏈?zhǔn)窃诎l(fā)育不一樣時(shí)期表示胚胎期(8周前)：22

22

22

胎兒期(3-9個(gè)月)：22

成人期(自出生開(kāi)始)：2222

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第17頁(yè)三、秀麗隱桿線蟲(chóng)細(xì)胞特化-一個(gè)是完全程序化發(fā)育模式C.elegans:體長(zhǎng)1mm，生命周期3天，胚胎發(fā)生期16小時(shí)。 1.2n=12，基因組8×107bp，約13,500個(gè)基因，相當(dāng)于人1/30。2.1090個(gè)體細(xì)胞，131個(gè)進(jìn)入程序性死亡，成體由959個(gè)細(xì)胞組成。3.與原核相同25%左右基因產(chǎn)生多順?lè)醋觤RNA4.基因組中非重復(fù)序列達(dá)83%，E.coli為100%，真核生物都在50%以下；5.大部分是XX型自體受精兩性體,XO型為雄體(突變型,約占1/500)。

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第18頁(yè)五、個(gè)體發(fā)育階段性個(gè)體發(fā)育存在階段性，在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，各種性狀發(fā)育，從受精卵開(kāi)始分裂時(shí)就開(kāi)始了。這種個(gè)體發(fā)育階段性實(shí)質(zhì)上是不一樣基因被激活或被阻遏過(guò)程。四、細(xì)胞程序性死亡與細(xì)胞凋亡遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第19頁(yè)四、環(huán)境條件影響生物個(gè)體發(fā)育，與個(gè)體所處環(huán)境條件親密相關(guān)。環(huán)境中很多生物及非生物因子，都能夠調(diào)控相關(guān)基因表示，影響個(gè)體發(fā)育。

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第20頁(yè)二、基因與發(fā)育模式

個(gè)體發(fā)育所經(jīng)歷不一樣階段，總是遵照預(yù)定方向和模式。這是由個(gè)體基因所決定。同形異位基因就是其中一個(gè)主要類(lèi)型。同形異位基因控制個(gè)體發(fā)育模式、組織和器官形成。同形異位基因最早發(fā)覺(jué)于果蠅胚胎發(fā)育中。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第21頁(yè)果蠅觸角腳突變，能夠使果蠅頭上觸角部位長(zhǎng)出腳來(lái)。這種腳與正常腳形態(tài)相同，但生長(zhǎng)位置卻完全不一樣。這種現(xiàn)象稱為同形異位現(xiàn)象。當(dāng)前已在果蠅、動(dòng)物、真菌、植物及人類(lèi)等幾乎全部真核生物中發(fā)覺(jué)有同形異位基因存在。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第22頁(yè)受同形異位基因調(diào)整結(jié)構(gòu)基因包含控制細(xì)胞分裂，紡錘體形成和取向，細(xì)胞分化等發(fā)育過(guò)程基因。當(dāng)前對(duì)這些結(jié)構(gòu)基因判定和克隆報(bào)道還不多。

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第23頁(yè)第三節(jié)早期胚胎發(fā)育一、受精卵原細(xì)胞→初級(jí)卵母細(xì)胞（二倍體）→1成熟卵+3極體。

分裂Ⅰ在排卵前進(jìn)行，在精子穿入刺激下完成份裂Ⅱ。精原細(xì)胞→屢次有絲分裂，部分細(xì)胞停頓分裂，吸收營(yíng)養(yǎng)，胞體增大，變?yōu)槌跫?jí)精母細(xì)胞（二倍體）。初級(jí)精母細(xì)胞→成熟分裂→產(chǎn)生精細(xì)胞→經(jīng)復(fù)雜形態(tài)結(jié)構(gòu)改變→精子。

精子：抗受精素（antifertilizin），專(zhuān)一性糖蛋白。卵子：受精素（fertiLinn）。經(jīng)過(guò)這兩種蛋白質(zhì)之間反應(yīng)，獲能被激活精子頂體酶使精子得以穿過(guò)透明帶而進(jìn)人卵膜周?chē)g隙，附于卵膜表面，然后精子和卵子細(xì)胞膜相互融合。精子細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)進(jìn)人卵內(nèi)，旋轉(zhuǎn)180”，細(xì)胞核膨大變圓，成為雄原核。精子穿人刺激次級(jí)卵母細(xì)胞生成卵子，其細(xì)胞核稱為雌原核。雌原核和雄原核移動(dòng)至細(xì)胞中部，核膜消失，細(xì)胞核合二為一完成受精。

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第24頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第25頁(yè)二、卵裂

受精卵形成后即不停分裂成較小細(xì)胞，這個(gè)過(guò)程稱為卵裂（cleavage）。卵裂速度很快，每卵裂一次所需時(shí)間依物種而異。卵裂產(chǎn)生細(xì)胞稱為卵裂球（blastomere）。卵裂球只是數(shù)量增多，每個(gè)卵裂球沒(méi)有生長(zhǎng)，總體沒(méi)有增大。斑馬魚(yú)15s海膽30s蛙60s小鼠10～20h

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第26頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第27頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第28頁(yè)三、胚層分化遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第29頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第30頁(yè)第四節(jié)基因在胚胎極性生成中作用遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第31頁(yè)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)胞四面，滋養(yǎng)細(xì)胞緊靠著卵母細(xì)胞。滋養(yǎng)細(xì)胞經(jīng)過(guò)胞質(zhì)橋彼此相連，也和卵母細(xì)胞兩側(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)胞果蠅胚胎早期發(fā)育

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第32頁(yè)受精卵合胞體胚囊分裂1~8次細(xì)胞胚囊遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第33頁(yè)控制發(fā)育三類(lèi)基因：1、母體基因(maternalgene)1)影響前-后極性基因有bicoid(bcd)(兩頭尖)前部群有nanos(nos)(侏儒)后部群有torso(中段)和caudal端部群2)影響背腹極性基因dorsal(dal)和toll遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第34頁(yè)2、影響身體分節(jié)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)主要區(qū)域4)配對(duì)法則基因(pair-rulegenes)確定胚胎中副體節(jié)5)體節(jié)極化基因(segmentpolaritygenes)負(fù)責(zé)副體節(jié)中細(xì)胞類(lèi)型特異化突變引發(fā)體節(jié)特定區(qū)域缺失遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第35頁(yè)果蠅幼蟲(chóng)和成蟲(chóng)體節(jié)和副節(jié)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第36頁(yè)3、影響體節(jié)一致性基因----同源異形基因(homeoticselectorgenes)(1)觸角足復(fù)合體(ANT-C)該基因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)育同源異形基因，若發(fā)生突變會(huì)造成腹部形態(tài)改變

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第37頁(yè)

第五節(jié)性決定一．果蠅性別決定(一)果蠅Y染色體功效(二)性指數(shù)作用(三)Sxl基因是主開(kāi)關(guān)(四)Sx1控制體細(xì)胞性別分化基因(五)劑量賠償作用遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第38頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第39頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第40頁(yè)

二、哺乳動(dòng)物性別決定哺乳動(dòng)物性決定：初級(jí)性決定，性染色體決定次級(jí)性決定，性腺?zèng)Q定。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第41頁(yè)次級(jí)性征通常是由性腺分泌激素所決定。胎兔性腺在分化之前加以切除試驗(yàn)結(jié)果表明，在沒(méi)有性腺情況下，不論其核型是XX還是XY，發(fā)育生成兔子是雌性，都有輸卵管、子宮和陰道而沒(méi)有陰莖和雄性生殖結(jié)構(gòu)。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第42頁(yè)三、Y染色體睪丸決定基因

遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第43頁(yè)（1）經(jīng)測(cè)序分析，發(fā)覺(jué)SRY含79個(gè)氨基酸模體，且和高泳動(dòng)蛋白（Highmobilitygroup,HMG）同源，含有DNA結(jié)合蛋白特點(diǎn)調(diào)控功效；（2）哺乳動(dòng)物中SRY僅在雄性中存在；（3）小鼠Sry表示時(shí)空性符合Tdy決定作用；（4）經(jīng)分子雜交發(fā)覺(jué)XY雌鼠缺失了Sry序列。XY性反轉(zhuǎn)小鼠Y染色體片斷易位到X染色體上；（5）在46xy女性SRY編碼序列中曾發(fā)覺(jué)過(guò)失義，無(wú)義和移碼突變；（6）Koopman等將含有SryDNA片斷導(dǎo)入XY雌性胎鼠中，結(jié)果部分轉(zhuǎn)基因鼠產(chǎn)生了性反轉(zhuǎn)。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第44頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第45頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第46頁(yè)在胚胎發(fā)育第一個(gè)月，胎兒并無(wú)兩性分化，在形態(tài)上是中性。胚胎時(shí)期原始性腺由兩部分組成，其中包含有原始卵巢組織和睪丸組織。另外，在中性胚胎中存有兩條生殖導(dǎo)管。有性別已經(jīng)分化了正常個(gè)體中，兩種性腺組織和導(dǎo)管只有其中一套發(fā)育，非雌即雄。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第47頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第48頁(yè)人類(lèi)性別決定與一個(gè)叫HY抗原物質(zhì)相關(guān)，它是一個(gè)含有162個(gè)氨基酸蛋白質(zhì)，存在于雄性個(gè)體全部組織細(xì)胞膜上，它能使處于中性狀態(tài)性原基分化發(fā)育成睪丸，假如沒(méi)有這種抗原存在，原始性腺將發(fā)育成卵巢。（睪丸決定基因是HY抗原結(jié)構(gòu)基因）。以后性別分化就依賴于雌、雄激素作用。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第49頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第50頁(yè)雄性激素睪丸酮由睪丸產(chǎn)生，(1)決定輸精管、精囊腺、附睪分化。(2)在5α還原酶作用下產(chǎn)生二氫睪丸酮，決定前列腺和外處殖器發(fā)育。(3)睪丸酮能否發(fā)揮作用還取決于靶細(xì)胞上是否含有雄性激素受體。雌性激素由卵巢產(chǎn)生:促進(jìn)女性內(nèi)外玫殖器管發(fā)育，維持正常月經(jīng)。遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第51頁(yè)遺傳和發(fā)育醫(yī)學(xué)宣教專(zhuān)家講座第52頁(yè)有悖于SRY/Sry決定睪丸發(fā)育報(bào)道：（1）人類(lèi)家族性XX性反轉(zhuǎn)男性一些病例并不存在SRY基因，但有可發(fā)育成正常男性；（2）報(bào)道15例帶有兩性或女性外生殖器XY患者發(fā)覺(jué)有Xp部分重復(fù)，但SRY基因都是顯著正常.（3）南美倉(cāng)鼠Akodone有兩種Y染色體；一個(gè)Y染色體不能誘導(dǎo)性腺分化，產(chǎn)生不育XY雌鼠。經(jīng)Sry測(cè)定發(fā)覺(jué)是因?yàn)樵谛苑只A段Sry未能表示；（4）在Ellobius屬鼴－田鼠（mole-vole）兩個(gè)種中