发育与遗传及基因表达调控

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1、第五章发育的遗传控制及真核基因的表达与调控重要性分析：本部分介绍发育与遗传交叉及真核基因调控的内容；其中遗传发育重点在相关名词术语，基因表达调控为重点掌握的内容。关键掌握：1、个体发育的概念和特点；2、细胞核和细胞质在个体发育中的作用；3、同源异型基因的概念并以拟南芥花发育的ABCE模型为例解释同源异型基因的作用；4、以噬菌体的装配和人的血红蛋白形成为例说明发育过程中基因的程序性表达；5、真核生物的表达调控的复杂性；6、细胞全能性的概念与遗传基础。参考：DanielL.Hartl《Genetics:AnalysisofGenesandGenomes》Chapter12Molecular

2、mechanismsofgeneregulation;Chapter14Geneticcontrolofdevelopment受精2周5周6周8周16周18周20周无论高等植物、动物和人类，个体的成长都经历受精卵、幼体和成体的历程。1、个体发育(individualdevelopment)高等生物从受精卵开始，经过一系列细胞分裂和分化，长成新个体的过程。高等生物个体发育的起点是受精卵。那么，一个小小的受精卵是怎样发育成为一个性成熟个体的呢？2、个体发育的特点：1）个体发育由受精卵中的基因型和环境共同作用；2）受精卵分裂到一定阶段细胞发生分化，也就是个体不同部位的细胞形态结构和生理功能发

3、生改变，形成不同的组织和器官。Preface3、除环境因素外，个体发育的基因调控网络：1）细胞核和细胞质基因共同控制2）基因的作用包括：-控制个体发育的方向（发育成什么）-控制个体发育模式（头-尾？背-腹？层次-内外器官的摆放？翅型？体节模式？花的模式？）-控制个体发育的过程（阶段性转变-基因差别表达）3）基因表达调控的多层次性和复杂性（以真核为例）第一节　细胞核和细胞质在个体发育中的作用细胞核和细胞质是细胞生存必不可少的两部分，个体发育缺一不可。细胞核和细胞质在个体发育中分工合作、共同完成由基因型（包括质基因）所预定的各种基因表达过程以及对外界环境条件变化作出反应。一、细胞质在细胞生

4、长和分化中的作用动物极植物极灰色新月体卵细胞质存在分化：动、植物的卵细胞虽然是单细胞的，但它的细胞质内除显见的细胞器有分化外，还存在动物极、植物极、灰色新月体等分化。这些分化的物质将来发育成什么组织和器官，大体上已经确定。1.海胆的发育与切割试验①海胆合子第一、二次分裂,顺着对称轴方向进行（动-植极）。②如果将四个卵裂细胞分开,每一个卵裂细胞都能发育成相同的小幼虫,说明各个卵裂细胞中细胞质是完全相同的（下图）。③第三次卵裂方向与对称轴垂直，分裂的8个卵裂细胞分开后，就不能发育成小幼虫。在卵裂开始时，顺着赤道面把卵切成两半（右图）：带核的动物极一半受精后发育成空心而多毛的球状物；带核的植

5、物极一半受精后发育成较复杂但不完整胚胎。总结：动物受精卵细胞质的不均一性决定动物个体发育命运。2.植物大、小孢子的发育实验小孢子的核，经过第一次配子有丝分裂后形成二个子核：一个核移到细胞质稠密的一端，发育成生殖核；另一个移到细胞的另一端，发育成营养核。大孢子母细胞远离珠孔一极的细胞质较多，靠近珠孔一极的细胞质较少。大孢子母细胞经过减数分裂形成的四个大孢子中远离珠孔的一个大孢子能继续分裂和发育为胚囊，其余3个退化。说明细胞质的不同分布对大孢子的分化会产生不同的影响。珠孔端植物生殖细胞细胞质的不均一性决定植物个体发育命运。3.小麦瘿蚊胚盘后端极细胞质若核在极细胞质中能保留全部40条染色体,

6、将发育成生殖细胞；若核在其它区域，丢失32条染色体，将发育成体细胞；若破坏极细胞质（紫外线照射等），则全部发育为体细胞，成为无生殖细胞瘿蚊。说明细胞质的不均一性影响染色体的行为。4、人类和哺乳动物的性染色质（失活的X染色体）说明：细胞质的不均一性影响染色体的活性。XXXYXDosagecompensation人及哺乳类的X染色体失活是雌性早期胚胎发育开始发生的一种现象，用于平衡两性X性连锁基因在表达剂量上的差异。二、细胞核在细胞生长和分化中的作用伞藻（Acetabularia）是一种大型的单细胞海生绿藻。高约6-9cm。细胞核在假根内。成熟时，顶部长出一个伞状的子实体，子实体因物种不同

7、而异。在欧洲，地中海伞藻（A.mediterranea）子实体边缘为圆形；裂缘伞藻（A.crenulate）子实体边为分瓣形。伞藻的再生和嫁接实验嫁接后为什么先长出中间形的子实体？是因为嫁接的茎中还带有原来的细胞核控制下合成的物质，它们自然要影响子实体的形成；等到茎中贮存的物质消耗完了，再生的子实体是在嫁接后的异种核控制下形成的，所以长出的完全是异种的子实体了。控制子实体形态的物质是mRNA，它在细胞核内形成，然后迅速向藻体上部移动，编码决定着