遗传学幻灯15教学.ppt

* 第十五章 遗传与发育 个体发育：高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细胞分裂和分化，长成新个体的过程 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？这些都是发育遗传学研究的内容 第一节 细胞核和细胞质 在个体发育中的作用 一、细胞质的作用 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，灰色新月体和黄色新月体等分化。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 图 15－1 海胆的个体发育 图 15－2 海胆卵的切割实验 图 15－3 花粉粒的发育 二、细胞核的作用 伞藻是一种大型的单细胞海生绿藻，细胞核在基部的假根内。 地中海伞藻 圆齿伞藻 控制子实体形态 物质是mRNA。它 在核内形成后迅 速向藻体上部移 动，编码决定子 实体形态的特殊 蛋白质的合成。 三、细胞核和细胞质的相互依存 在个体发育过程中，细胞核和细胞质是相互依存、不可分割的 细胞核内的“遗传信息”决定个体发育的方向和模式，为蛋白质的合成提供mRNA以及其它各种重要RNA，从而控制了细胞的代谢方式和分化程序 细胞质是蛋白质合成的场所，并为DNA的复制、mRNA的转录以及tRNA、rRNA的合成提供原料和能量。细胞质中的一些物质又能调节和制约核基因的活性，使得相同的细胞核由于不同的细胞质的影响而导致细胞的分化。 四、环境条件的影响 生物个体的发育，与个体所处的环境条件密切相关。环境中的很多生物及非生物因子，都可以调控相关基因的表达，影响个体发育。 第二节 基因对个体发育的控制 一、个体发育的阶段性 个体发育存在阶段性，在个体发育的过程中，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被阻遏的过程。 二、基因与发育模式 个体发育所经历的不同阶段，总是遵循预定的方向和模式。这是由个体的基因所决定的 同形异位基因 就是其中的一 种主要类型 果蝇的触角足突变，能够使果蝇头上触角部位长出足来。这种足与正常的足形态相同，但生长的位置却完全不同。这种现象称为同形异位现象 在果蝇、动物、真菌、植物及人类等几乎所有真核生物中发现有同形异位基因 图15－7 触角足基因簇中的Ant基因结构及转录子 1，Ant基因结构；2，由启动子1(P1)形成的转录 子；3，由启动子2(P2)形成的转录子 1 2 3 4 5 6 8 7 35kb 25kb 110kb 1 2 4 5 6 7 8 3 4 5 6 8 7 P1 P2 受同形异位基因调节的结构基因包括控制细胞分裂，纺锤体形成和取向，细胞分化等发育过程的基因 目前对这些结构基因的鉴定和克隆的报道还不多 三、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活或被阻遏的过程。在发育某个阶段，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。在发育另一阶段，原来被阻遏的基因因激活而表达了，原来表达的基因被阻遏. 基因是否得到表达，可从其表达产物蛋白质或转录产物mRNA（差异显示），或通过比较突变型与野生型的表型来推断. 1、噬菌体的分化和自然装配 利用突变体所进行的研究，已发现控制T4噬菌体各“部件”的合成以及装配，需要70个基因。大致分成二类： 早期基因: 主要控制早期侵染行为，产生早期的mRNA，编码合成噬菌体DNA的酶等。 晚期基因：主要控制蛋白质“部件”的合成，装配新噬菌体并产生溶菌酶。 无论早期基 因或晚期基 因发生突变， 不能形成完 整的噬菌体。 2、细胞粘菌的发育控制 在盘基网柄菌的不同发育阶段，由不同的阶段性专一酶，分别在发育的早期、中期、晚期发挥作用： 早期酶:N-乙酰葡萄糖胺酶 α-甘露糖苷酶 中期酶:苏氨酸脱氨酶 海藻糖磷酸合成酶 晚期酶:碱性磷酸酯酶 β-葡萄糖苷酶 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表达在时间和空间上都是受到精确控制的。 大豆种子发育过程中7种不同类型mRNA出现时间及相对数量。线条粗细代表mRNA的相对含量 * * * * *