遗传和发育医学宣教培训ppt课件

遗传和和发育医学宣教育医学宣教遗传和发育医学宣教1第十五章 遗传与发育 2遗传和发育医学宣教第十五章 遗传与发育 2遗传和发育医学宣教2 高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细胞分裂和分化，长成新的个体。这个过程通常胞分裂和分化，长成新的个体。这个过程通常称为个体发育。细胞怎么能发生分化呢？其中称为个体发育。细胞怎么能发生分化呢？其中基因起什么作用？细胞质又有什么影响？这些基因起什么作用？细胞质又有什么影响？这些都是发育遗传学研究的内容。都是发育遗传学研究的内容。3遗传和发育医学宣教 高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细胞分裂和分化，长3第一节 发育遗传学概论胚胎学：（受精-出生）胚胎发育遗传与发育：细胞核（染色体）-形态构造因子细胞质-胚胎缺陷4遗传和发育医学宣教第一节 发育遗传学概论胚胎学：（受精-出生）胚胎发育4遗传和4细胞核和细胞质在个体发育中的作用细胞核和细胞质在个体发育中的作用 一、细胞质在细胞生长和分化中的作用一、细胞质在细胞生长和分化中的作用 动动、植植物物的的卵卵细细胞胞虽虽然然是是单单细细胞胞的的，但但它它的的细细胞胞质质内内除除显显见见的的细细胞胞器器有有分分化化外外，还还存存在在动动物物极极、植植物物极极，灰灰色色新新月月体体和和黄黄色色新新月月体体等等分分化化。这这些些分分化化的的物质将来发育成什么组织和器官，大体上已经确定。物质将来发育成什么组织和器官，大体上已经确定。5遗传和发育医学宣教细胞核和细胞质在个体发育中的作用 5遗传和发育医学宣教5 早在20世纪最初的20年中，人们就发现，如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育的现象难题可以得到部分解答。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察。由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共通规律是可能的。模式生物的应用尤其是当在有不同发育特点的生物中发现共同形态形成和变化特征时，发育的普遍原理也就得以建立。因为对这些生物的研究具有帮助我们理解生命世界一般规律的意义，所以它们被称为“模式生物”。6遗传和发育医学宣教 早在20世纪最初的20年中，人们就发现，6n第一个被用作模式生物的是海胆（Sea Urchin），它的胚胎对早期发育生物学的发展有举足轻重的作用。早在1875年，奥斯卡赫特维格（Oscer Hertiwig,1849-1922）就开始以海胆为材料研究受精过程中细胞核的作用，1890年后，海胆更在受精和早期胚胎发育的研究中起了重要作用。1891年，汉斯德瑞熙（Hans Driesh，18761941）在海胆中完成了海胆胚胎分裂实验，为现代发育生物学奠定了第一块观念里程碑。他在显微镜下把刚刚完成第一次分裂的海胆一分为二，结果发现，分开后的两个细胞各自形成了一个完整幼虫。这一实验的意义在于证明胚胎具有调整发育的能力，并使盛行一时的机械论发育思想完全破产。7遗传和发育医学宣教第一个被用作模式生物的是海胆（Sea Urchin），它的胚78遗传和发育医学宣教8遗传和发育医学宣教8海胆卵的切割实验海胆卵的切割实验 9遗传和发育医学宣教海胆卵的切割实验 9遗传和发育医学宣教9二、二、细胞核在细胞生长和分化中的作用细胞核在细胞生长和分化中的作用 伞藻是一种大型的单细胞伞藻是一种大型的单细胞海生绿藻，细胞核在基部海生绿藻，细胞核在基部的假根内。的假根内。据研究，控制子实体形态据研究，控制子实体形态的物质是的物质是mRNAmRNA。它在核内。它在核内形成后迅速向藻体上部移形成后迅速向藻体上部移动，编码决定子实体形态动，编码决定子实体形态的特殊蛋白质的合成。的特殊蛋白质的合成。嫁接试验嫁接试验10遗传和发育医学宣教二、细胞核在细胞生长和分化中的作用 嫁接试验10遗传和发育医10三、细胞核和细胞质在个体发育中的相互依存三、细胞核和细胞质在个体发育中的相互依存 在在个个体体发发育育过过程程中中，细细胞胞核核和和细细胞胞质质是是相相互互依依存存、不不可可分分割割的的；细细胞胞核核内内的的“遗遗传传信信息息”决决定定着着个个体体发发育育的的方方向向和和模模式式，为为蛋蛋白白质质的的合合成成提提供供模模板板(mRNA)(mRNA)以以及及其其它它各各种种重重要要的的RNARNA，从从而而控控制制了了细细胞胞的的代代谢谢方方式式和和分分化化程程序序；细细胞胞质质则则是是蛋蛋白白质质合合成成的的场场所所，并并为为DNADNA的的复复制制、mRNAmRNA的的转转录录以以及及tRNAtRNA、rRNArRNA的的合合成成提提供供原原料料和和能能量量。另另一一方方面面，细细胞胞质质中中的的一一些些物物质质又又能能调调节节和和制制约约核核基基因因的的活活性性，使使得得相相同同的的细细胞胞核核由由于于不不同同的的细细胞质的影响而导致细胞的分化。胞质的影响而导致细胞的分化。11遗传和发育医学宣教三、细胞核和细胞质在个体发育中的相互依存 11遗传和发育医学11第二节第二节 基因在细胞分化和细胞决定中的基因在细胞分化和细胞决定中的作用作用 基因与发育过程基因与发育过程 个体发育阶段性转变的过程，实质上是不同基因被激个体发育阶段性转变的过程，实质上是不同基因被激活或被阻遏的过程。在发育的某个阶段，某些基因被活或被阻遏的过程。在发育的某个阶段，某些基因被激活而得到表达，另一些基因则处于被阻遏状态。在激活而得到表达，另一些基因则处于被阻遏状态。在发育的另一阶段，原来被阻遏的基因因激活而表达了，发育的另一阶段，原来被阻遏的基因因激活而表达了，原来表达的基因却被阻遏。原来表达的基因却被阻遏。基因是否得到表达，可从它的表达产物一蛋白质或转基因是否得到表达，可从它的表达产物一蛋白质或转录产物录产物mRNA（差异显示），或通过比较突变型与野（差异显示），或通过比较突变型与野生型的表型来推断。生型的表型来推断。12遗传和发育医学宣教第二节 基因在细胞分化和细胞决定中的作用 基因与发育过程 12一、单细胞生物的细胞分化与发育的调控一、单细胞生物的细胞分化与发育的调控 分化与发育比较简单分化与发育比较简单 芽孢芽孢 RNA RNA聚合酶：聚合酶：22二、多细胞生物细胞分化与细胞决定 自主特化 条件特化 合胞特化13遗传和发育医学宣教一、单细胞生物的细胞分化与发育的调控 分化与发育13例例1 1 噬菌体的分化和自然装配噬菌体的分化和自然装配 控控制制T T4 4噬噬菌菌体体各各“部部件件”的的合合成成以以及及装装配配，需需要要7070个基因。大致分成二类：个基因。大致分成二类：早早期期基基因因:主主要要控控制制早早期期侵侵染染行行为为，产产生生早早期期的的mRNAmRNA，编码合成噬菌体，编码合成噬菌体DNADNA的酶等。的酶等。晚晚期期基基因因：主主要要控控制制蛋蛋白白质质“部部件件”的的合合成成，装配新噬菌体并产生溶菌酶。装配新噬菌体并产生溶菌酶。无论早期基无论早期基因或晚期基因或晚期基因发生突变，因发生突变，不能形成完不能形成完整的噬菌体。整的噬菌体。14遗传和发育医学宣教例1 噬菌体的分化和自然装配 14遗传和发育医学宣教142 2、细胞粘菌的发育控制、细胞粘菌的发育控制 在在盘盘基基网网柄柄菌菌的的不不同同发发育育阶阶段段，由由不不同同的的阶阶段段性性专专一一酶，分别在发育的早期、中期、晚期发挥作用：酶，分别在发育的早期、中期、晚期发挥作用：早期酶：早期酶：N-N-乙酰葡萄糖胺酶乙酰葡萄糖胺酶 -甘露糖苷酶甘露糖苷酶 中期酶：苏氨酸脱氨酶中期酶：苏氨酸脱氨酶 海藻糖磷酸合成酶海藻糖磷酸合成酶晚期酶：碱性磷酸酯酶晚期酶：碱性磷酸酯酶 -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 15遗传和发育医学宣教2、细胞粘菌的发育控制 15遗传和发育医学宣教153 3、高等植物发育中基因的顺序表达、高等植物发育中基因的顺序表达 高高等等植植物物发发育育中中基基因因的的表表达达在在时时间间和和空空间间上上都都是是受受到到精精确确控控制制的的。某某一一特特定定发发育育时时期期某某些些mRNAmRNA及及蛋蛋白白质质合合成成的的变变化化，即即有有关关基基因因根根据据植植物物发发育育的的需要依次表达的结果。需要依次表达的结果。大豆种子发育过程中大豆种子发育过程中七种不同类型七种不同类型mRNAmRNA出出现时间及相对数量。现时间及相对数量。线条粗细代表线条粗细代表mRNAmRNA的的相对含量相对含量 16遗传和发育医学宣教3、高等植物发育中基因的顺序表达 大豆种子发育过程中七种不同164 4、高等动物发育中基因的顺序表达、高等动物发育中基因的顺序表达 人人的的血血红红蛋蛋白白是是由由两两条条相相同同的的 链链和和两两条条相相同同的的链聚合而成的四聚体，即链聚合而成的四聚体，即 2 2 2 2。链链基基因因簇簇包包括括一一个个活活性性 基基因因、2 2个个活活性性 基基因因、1 1个个 假基因、假基因、2 2个个 假基因。假基因。链链基基因因簇簇含含有有5 5个个功功能能性性基基因因(1(1，2 2，1 1 和和11基因基因)、1 1个个假基因。假基因。在在人人的的一一生生中中，血血红红蛋蛋白白的的链链要要经经历历多多次次变变化化，即这些不同的链是在发育的不同时期表达的即这些不同的链是在发育的不同时期表达的胚胎期胚胎期(8(8周前周前)：2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 胎儿期胎儿期(3-9(3-9个月个月)：2 2 2 2 成人期成人期(自出生开始自出生开始)：2 2 2 2 2 2 2 2 17遗传和发育医学宣教4、高等动物发育中基因的顺序表达 17遗传和发育医学宣教17三、秀丽隐杆线虫的细胞特化-一种是完全程序化的发育模式C.elegans:体长1mm，生命周期3天，胚胎发生期16小时。1.2n=12，基因组8107bp，约13,500个基因，相当于人的1/30。2.1090个体细胞，131个进入程序性死亡，成体由959个细胞组成。3.与原核相似25%左右的基因产生多顺反子mRNA4.基因组中非重复序列达83%，E.coli为100%，真核生物都在50%以下；5.大部分是XX型自体受精的两性体,XO 型为雄体(突变型,约占1/500)。18遗传和发育医学宣教三、秀丽隐杆线虫的细胞特化-一种是完全程序化的发育模式C.e18五、个五、个体发育的阶段性体发育的阶段性 个体发育存在阶段性，在个体发育的过程中，个体发育存在阶段性，在个体发育的过程中，各种性状的发育，从受精卵开始分裂时就开始了。各种性状的发育，从受精卵开始分裂时就开始了。这种个体发育的阶段性实质上是不同基因的被激活或这种个体发育的阶段性实质上是不同基因的被激活或被阻遏的过程。被阻遏的过程。四、细胞程序性死亡与细胞凋亡19遗传和发育医学宣教五、个体发育的阶段性 四、细胞程序性死亡与细胞凋亡19遗传和19四、环境条件的影响四、环境条件的影响 生生物物个个体体的的发发育育，与与个个体体所所处处的的环环境境条条件件密密切切相相关关。环环境境中中的的很很多多生生物物及及非非生生物物因因子子，都都可可以以调调控控相相关关基基因因的的表达，影响个体发育。表达，影响个体发育。20遗传和发育医学宣教四、环境条件的影响 20遗传和发育医学宣教20二、二、基因与发育模式基因与发育模式 个个体体发发育育所所经经历历的的不不同同阶阶段段，总总是是遵遵循循预预定定的的方方向向和和模模式式。这这是是由由个个体体的的基基因因所所决决定定的的。同同形形异异位位基基因因就就是是其其中中的的一一种种主主要要类类型型。同同形形异异位位基基因因控控制制个个体体的的发发育育模模式式、组组织织和和器器官官的的形形成成。同同形形异位基因最早发现于果蝇胚胎发育中。异位基因最早发现于果蝇胚胎发育中。21遗传和发育医学宣教二、基因与发育模式 21遗传和发育医学宣教21果果蝇蝇的的触触角角脚脚突突变变，能能够够使使果果蝇蝇头头上上触触角角部部位位长长出出脚脚来来。这这种种脚脚与与正正常常的的脚脚形形态态相相同同，但但生生长长的的位位置置却却完完全全不不同同。这这种种现现象象称称为为同同形形异异位位现现象象。目目前前已已在在果果蝇蝇、动动物物、真真菌菌、植植物物及及人人类类等等几几乎乎所所有有真真核核生生物物中中发发现现有有同同形形异异位位基基因因的存在。的存在。22遗传和发育医学宣教果蝇的触角脚突变，能够使果蝇头上触角部位长出脚来。这种脚与正22受受同同形形异异位位基基因因调调节节的的结结构构基基因因包包括括控控制制细细胞胞分分裂裂，纺纺锤锤体体形形成成和和取取向向，细胞分化等发育过程的基因。细胞分化等发育过程的基因。目目前前对对这这些些结结构构基基因因的的鉴鉴定定和和克克隆隆的的报道还不多。报道还不多。23遗传和发育医学宣教受同形异位基因调节的结构基因包括控制细胞分裂，纺锤体形成和取23第三节早期胚胎发育一、受精 卵原细胞初级卵母细胞（二倍体）1成熟卵+3极体。分裂在排卵前进行，在精子穿入的刺激下完成分裂。精原细胞多次有丝分裂，部分细胞停止分裂，吸取营养，胞体增大，变为初级精母细胞（二倍体）。初级精母细胞成熟分裂 产生精细胞 经复杂的形态结构变化精子。精子：抗受精素（antifertilizin），专一性糖蛋白。卵子：受精素（fertiLinn）。通过这两种蛋白质之间的反应，获能被激活的精子顶体酶使精子得以穿过透明带而进人卵膜周围间隙，附于卵膜表面，然后精子和卵子的细胞膜相互融合。精子的细胞核和细胞质进人卵内，旋转180”，细胞核膨大变圆，成为雄原核。精子的穿人刺激次级卵母细胞生成卵子，其细胞核称为雌原核。雌原核和雄原核移动至细胞中部，核膜消失，细胞核合二为一完成受精。24遗传和发育医学宣教第三节早期胚胎发育一、受精24遗传和发育医学宣教2425遗传和发育医学宣教25遗传和发育医学宣教25二、卵裂 受精卵形成后即不断分裂成较小的细胞，这个过程称为卵裂（cleavage）。卵裂的速度很快，每卵裂一次所需的时间依物种而异。卵裂产生的细胞称为卵裂球（blastomere）。卵裂球只是数量增多，每个卵裂球没有生长，总体没有增大。斑马鱼15s海胆30s蛙60s小鼠1020h 26遗传和发育医学宣教二、卵裂 受精卵形成后即不断分裂成较小的细胞，这个过2627遗传和发育医学宣教27遗传和发育医学宣教2728遗传和发育医学宣教28遗传和发育医学宣教28三、胚层分化29遗传和发育医学宣教三、胚层分化29遗传和发育医学宣教2930遗传和发育医学宣教30遗传和发育医学宣教30第四节第四节 基因在胚胎极性生成中基因在胚胎极性生成中的作用的作用31遗传和发育医学宣教第四节 基因在胚胎极性生成中的作用31遗传和发育医学宣教31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果蝇胚胎的早期发育果蝇胚胎的早期发育 32遗传和发育医学宣教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32受精卵合胞体胚囊分裂18次细胞胚囊33遗传和发育医学宣教受精卵合胞体胚囊分裂18次细胞胚囊33遗传和发育医学宣教33n控制发育的三类基因：n1、母体基因(maternal gene)1)影响前-后极性的基因n有bicoid(bcd)(两头尖)的前部群n有nanos(nos)(侏儒)的后部群n有torso(中段)和caudal的端部群2)影响背腹极性的基因ndorsal(dal)和toll34遗传和发育医学宣教控制发育的三类基因：34遗传和发育医学宣教342、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35遗传和发育医学宣教2、影响身体分节的基因35遗传和发育医学宣教35果蝇幼虫和成虫的体节和副节36遗传和发育医学宣教果蝇幼虫和成虫的体节和副节36遗传和发育医学宣教363、影响体节一致性的基因-同源异形基因(homeotic selector genes)(1)触角足复复合体(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 37遗传和发育医学宣教3、影响体节一致性的基因-37遗传和发育医学宣教37 第五节第五节 性决定性决定 一果蝇的性别决定(一)果蝇Y染色体的功能(二)性指数的作用(三)Sxl基因是主开关(四)Sx1控制体细胞性别分化基因(五)剂量补偿作用 38遗传和发育医学宣教 第五节 性决定 一果蝇的性别决定38遗传和发育医学宣教3839遗传和发育医学宣教39遗传和发育医学宣教3940遗传和发育医学宣教40遗传和发育医学宣教40 二、哺乳动物性别决定二、哺乳动物性别决定哺乳动物性决定：初级性决定，性染色体的决定次级性决定，性腺决定。41遗传和发育医学宣教 二、哺乳动物性别决定哺乳动物性决定：41遗传和发育医学宣教41n次级性征通常是由性腺分泌的激素所决定的。n胎兔的性腺在分化之前加以切除的实验结果表明，在没有性腺的情况下，不管其核型是XX还是XY，发育生成的兔子是雌性，都有输卵管、子宫和阴道而没有阴茎和雄性的生殖结构。42遗传和发育医学宣教次级性征通常是由性腺分泌的激素所决定的。42遗传和发育医学宣42遗传和发育医学宣教培训ppt课件43（1）经测序分析，发现SRY含79个氨基酸的模体，且 和 高 泳 动 蛋 白（High mobility group,HMG）同源，具有DNA结合蛋白的特点调控的功能；（2）哺乳动物中SRY仅在雄性中存在；（3）小鼠Sry表达的时空性符合Tdy的决定作用；（4）经分子杂交发现XY雌鼠缺失了Sry序列。XY性反转小鼠Y染色体片断易位到X染色体上；（5）在 46xy女 性 的SRY编 码 序 列 中 曾 发 现 过 错 义，无义和移码突变；（6）Koopman等 将 含 有Sry的 DNA片 断 导 入 XY雌 性胎鼠中，结果部分转基因鼠产生了性反转。44遗传和发育医学宣教（1）经测序分析，发现SRY含79个氨基酸的模体，4445遗传和发育医学宣教45遗传和发育医学宣教4546遗传和发育医学宣教46遗传和发育医学宣教46 在胚胎发育的第一个月，胎儿并无两性分化，在形态上是中性的。胚胎时期的原始性腺由两部分组成，其中包括有原始卵巢组织和睾丸组织。此外，在中性胚胎中存有两条生殖导管。有性别已经分化了的正常个体中，两种性腺组织和导管只有其中一套发育，非雌即雄。47遗传和发育医学宣教 在胚胎发育的第一个月，胎儿并无两性分化，在形4748遗传和发育医学宣教48遗传和发育医学宣教48 人类的性别决定与一种叫HY抗原的物质有关，它是一种含有162个氨基酸的蛋白质，存在于雄性个体所有组织的细胞膜上，它能使处于中性状态的性原基分化发育成睾丸，如果没有这种抗原存在，原始性腺将发育成卵巢。（睾丸决定基因是HY抗原的结构基因）。以后的性别分化就依赖于雌、雄激素的作用。49遗传和发育医学宣教 人类的性别决定与一种叫HY抗原的物质有关，4950遗传和发育医学宣教50遗传和发育医学宣教50 雄性激素睾丸酮由睾丸产生，(1)决定输精管、精囊腺、附睾的分化。(2)在5还原酶作用下产生二氢睾丸酮，决定前列腺和外处殖器的发育。(3)睾丸酮能否发挥作用还取决于靶细胞上是否含有雄性激素的受体。雌性激素由卵巢产生:促进女性内外玫殖器管的发育，维持正常月经。51遗传和发育医学宣教 雄性激素睾丸酮由睾丸产生，(1)决定输精管5152遗传和发育医学宣教52遗传和发育医学宣教52有悖于SRY/Sry决定睾丸发育的报道：（1）人类家族性XX性反转男性的某些病例并不存 在SRY基因，但有的可发育成正常的男性；（2）报道15例带有两性或女性外生殖器的XY患者 发现有Xp部分重复，但SRY基因都是明显正常的.（3）南美仓鼠Akodone有两种Y染色体；一种Y染色体不能诱导性腺分化，产生不育的XY雌鼠。经Sry 测定发现是因为在性分化阶段Sry未能表达；（4）在Ellobius属的鼹田鼠（mole-vole）两个种中 是没有Sry的，但性别依然可以分化；（5）Talpa属所有雌鼠都没有Sry，性腺却发育成卵睾（ovotestes）。新提出的一个人类性别决定和分化的模型 53遗传和发育医学宣教有悖于SRY/Sry决定睾丸发育的报道：53遗传和发育医学宣5354遗传和发育医学宣教54遗传和发育医学宣教54四、环境因子与性决定四、环境因子与性决定（一）爬行类的温度性别决定 大部分由性染色体决定 但某些龟鳖类和所有的鳄鱼：性别受精后的环境因子决定。这些爬行类在发育某个时期内卵的温度是性别的决定因子。当卵在2227温度中孵化时，只产生一种性别；当卵在30以上的温度中孵化时，则产生另一种性别。只在很小的温度范围内同一批卵才会孵化出雌性和雄性两种个体。55遗传和发育医学宣教四、环境因子与性决定（一）爬行类的温度性别决定 55遗传和发5556遗传和发育医学宣教56遗传和发育医学宣教56（二）后螠的位置性别决定 后螠雌虫体大，体形像一颗豆子，宽10cm，口吻很长，可达1m，远端分叉。雄虫很小只有13mm长，生活在雌虫的子宫中，像一种寄生虫。性别决定完全是由机遇决定的。自由游泳的幼虫是中性的，如果落在海底就成为雌虫；如果由于机遇，也可能由于一种吸力，幼虫落在长长的口吻上，就会进入雌虫的口，游向子宫，发育成为一个共生的雄虫。雄虫生活在雌虫体内，使卵受精。57遗传和发育医学宣教（二）后螠的位置性别决定 后螠雌虫体大，体形像一颗豆子57 把已经落在雌虫口吻上的幼虫移去，让它在离开雌性的情况下继续发育，则发育为间性。间性偏向雌性或雄性的程度取决于幼虫呆在雌虫口吻上的时间的长短。把幼虫培养在正常的海水中，在没有成熟雌虫的情况下，幼虫几乎全部发育成雌虫。当幼虫培养在含有口吻抽提液的海水中，大部分变成雄虫或间性个体。这表明雌虫口吻组织里有造成雄性化的化学物质。58遗传和发育医学宣教 把已经落在雌虫口吻上的幼虫移去，让它在离开雌性的情况下58