09第十章基因与发育
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第10章-基因与发育..学习资料
第10章-基因与发育..
果蝇发育的时间周期取决于温度，在25℃下约9-14 天为一个周期。
第一天为胚胎发生期，经历三个阶段后到第四天蜕 皮、分化、蛹化，在蛹中经过5天的变态发育为成虫。
成年果蝇存活约9天。果蝇发育的许多特性反映出这 非同一般的快速生命周期在进化过程中的演变。
2
早期胚胎 无体节
受ftz（蓝色）和eve（棕色） 在晚期囊胚中的表达模式
25
（3）体节极化基因 当果蝇体节极化基因发生突变时，每个体节
都会缺失一个特定的区域。engrailed（en）和 wingless（wn）基因是两个最重要的体节极化基 因。
11
12
在果蝇发育的卵细胞阶段，由于抚育细胞和卵 泡细胞的分泌和诱导，在长椭圆形的卵细胞两端 分别差异性地锚定和贮存了特异性翻译调控因子 bicoid和nanosmRNA。
13
进入胚胎发育阶段后，BICOID蛋白由前向后梯 度性递减，NANOS则呈梯度性递增分布。
BICOID蛋白对caudalmRNA、NANOS蛋白对 hunchbackmRNA的翻译分别具有抑制作用，使 HUNCHBACK蛋白含量由前向后逐渐降低，而 CAUDAL蛋白的含量则渐次增高。
9
受精卵 分裂1~8次
合胞体胚囊 细胞胚囊
10
2、果蝇胚胎的极性与躯体基本模式
果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体都具有明确的前-后轴 和背-腹轴，其形体模式沿前-后轴和背-腹轴进行。 果蝇胚胎和幼虫均沿前-后轴显示规律性分节，分属 3个解剖区，从前到后称为头节，3个胸节及8个腹节。 果蝇幼虫前后端又特化产生原头和尾节。
16
母源性基因
HB蛋白浓度梯度
间隙基因
成对控制基因
Knirps是转录因子，
果蝇发育的时间周期取决于温度，在25℃下约9-14 天为一个周期。
第一天为胚胎发生期，经历三个阶段后到第四天蜕 皮、分化、蛹化，在蛹中经过5天的变态发育为成虫。
成年果蝇存活约9天。果蝇发育的许多特性反映出这 非同一般的快速生命周期在进化过程中的演变。
2
早期胚胎 无体节
受ftz（蓝色）和eve（棕色） 在晚期囊胚中的表达模式
25
（3）体节极化基因 当果蝇体节极化基因发生突变时，每个体节
都会缺失一个特定的区域。engrailed（en）和 wingless（wn）基因是两个最重要的体节极化基 因。
11
12
在果蝇发育的卵细胞阶段，由于抚育细胞和卵 泡细胞的分泌和诱导，在长椭圆形的卵细胞两端 分别差异性地锚定和贮存了特异性翻译调控因子 bicoid和nanosmRNA。
13
进入胚胎发育阶段后，BICOID蛋白由前向后梯 度性递减，NANOS则呈梯度性递增分布。
BICOID蛋白对caudalmRNA、NANOS蛋白对 hunchbackmRNA的翻译分别具有抑制作用，使 HUNCHBACK蛋白含量由前向后逐渐降低，而 CAUDAL蛋白的含量则渐次增高。
9
受精卵 分裂1~8次
合胞体胚囊 细胞胚囊
10
2、果蝇胚胎的极性与躯体基本模式
果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体都具有明确的前-后轴 和背-腹轴，其形体模式沿前-后轴和背-腹轴进行。 果蝇胚胎和幼虫均沿前-后轴显示规律性分节，分属 3个解剖区，从前到后称为头节，3个胸节及8个腹节。 果蝇幼虫前后端又特化产生原头和尾节。
16
母源性基因
HB蛋白浓度梯度
间隙基因
成对控制基因
Knirps是转录因子，
第十章 基因与发育
λ基因
小鼠有两个Vλ基因：Vλ1和Vλ2。人类Vλ基因 有30个拷贝，可分为Vλ1-10十个亚群，Vλ1-5 是主要亚群，比较保守。 小鼠Cλ基因簇有4个拷贝，而人类Cλ基因有6 个以上的拷贝。基因表达过程中，每个Vλ基因 都和Cλ基因成对排列。
免疫球蛋白重链基因结构
人重链基因位于14号染色体，由V、D、J和 C四种不同基因片段组成。编码重链V 区基 因长约1 0 0 0 －2000kb，包括V、D、J三 组基因片段。每个V基因片段上游有L基因片 段，编码20－30个疏水性氨基酸的信号肽。
作用，称调理作用。 抗原-抗体复合物可以与补体结合，补体使病原体穿孔崩裂
，还可促进抗原-抗体复合物与吞噬细胞结合。
(2) 细胞免疫
由骨髓迁移到胸腺发育而成的T细胞种类极多,每种T细胞含 有一种多个特定的T细胞受体(TCR)。
T细胞按功能主要分为两个亚群: Tc细胞(细胞毒性T细胞)的受体与抗原肽-MHCI（主要组织 相容性复合体I）复合物结合后,细胞被激活并大量增殖,增殖后 的细胞产生穿孔素和颗粒酶,使受感染的细胞裂解,还可以使 DNA内切酶激活,造成细胞凋亡。 TH细胞(辅助性T细胞)的受体与抗原肽- MHCII（主要组织 相容性复合体II）复合物结合后,细胞被激活并大量增殖, 产生 多种细胞因子。细胞因子与Tc细胞、 TH细胞、 B细胞和吞噬细 胞的特异性受体结合,促进其增殖。 TH细胞还可以促进一些抗原与B细胞结合,因此, TH细胞功能 障碍会引起严重的疾病,如HIV引起的艾滋病。
B-淋巴细胞和T-淋巴细胞的发育过程
B细胞的分化
哺乳类动物：祖B细胞（proB）、前B细 胞（preB）、未成熟B细胞和成熟B细胞等。 不依赖于抗原，其分化过程在骨髓中。抗原依 赖阶段指成熟B细胞受抗原刺激活化并分化为 浆细胞的过程，主要在外周免疫器官中完成。
第十章 基因与发育
背中线
腹中线
4、母体基因的调节作用 母体基因可分为两个基因家族： （1）在母体体细胞中表达，影响卵发育的称为母 体体细胞基因（maternal somatic genes），它们 可以作用于滤泡细胞； （2）在母体生殖细胞中表达，称为母体生殖细胞 基因（maternal germline genes）,这些基因可以 作用于滋养细胞或卵母细胞；
花萼变为叶片
花萼变为叶片/心皮，花 瓣变为心皮
转录因子 转录因子
APETALA3/DEFICIENS
花瓣变为雄蕊Βιβλιοθήκη 雄蕊变为 心皮转录因子PISTILLATA/GLOBOSA AGAMOUS/PLENA
类似AP3/DEF 重复发生一轮萼片及两轮花瓣
转录因子 转录因子
LFY/FLORICAULANA
产生更多的花序，绿色花，有类似 花萼与心皮的花器官构成
负责腹部分节的一组基因，nanos,其突变的产生的胚胎腹 节有缺陷，但极性正常。
3、末端系统（terminal system）
是负责卵的最前部（吻部）和最后部（尾节）的发育， 已发现了7个基因，关键的基因是torso(中段)，编码一 个跨膜受体蛋白。
果蝇的发育主要分三个阶段：
z卵、幼虫和成体果蝇
z在发育的开始在卵中沿着前后轴（anteriorposterior）和背腹轴（dorsal-vontral）建立一 个梯度
z当A基因突变后，导致第一轮中的花萼变为心皮，第二轮 中的花瓣变为雄蕊；
心皮 雄蕊 雄蕊 心皮
A突变体
zB基因突变后，第二轮的花瓣变为花萼，第三轮中 的雄蕊变为心皮；
花萼 花萼 心皮 心皮
B突变体
zC基因突变后，第三轮中的雄蕊变为花瓣，第四轮中的 心皮变为花萼。
腹中线
4、母体基因的调节作用 母体基因可分为两个基因家族： （1）在母体体细胞中表达，影响卵发育的称为母 体体细胞基因（maternal somatic genes），它们 可以作用于滤泡细胞； （2）在母体生殖细胞中表达，称为母体生殖细胞 基因（maternal germline genes）,这些基因可以 作用于滋养细胞或卵母细胞；
花萼变为叶片
花萼变为叶片/心皮，花 瓣变为心皮
转录因子 转录因子
APETALA3/DEFICIENS
花瓣变为雄蕊Βιβλιοθήκη 雄蕊变为 心皮转录因子PISTILLATA/GLOBOSA AGAMOUS/PLENA
类似AP3/DEF 重复发生一轮萼片及两轮花瓣
转录因子 转录因子
LFY/FLORICAULANA
产生更多的花序，绿色花，有类似 花萼与心皮的花器官构成
负责腹部分节的一组基因，nanos,其突变的产生的胚胎腹 节有缺陷，但极性正常。
3、末端系统（terminal system）
是负责卵的最前部（吻部）和最后部（尾节）的发育， 已发现了7个基因，关键的基因是torso(中段)，编码一 个跨膜受体蛋白。
果蝇的发育主要分三个阶段：
z卵、幼虫和成体果蝇
z在发育的开始在卵中沿着前后轴（anteriorposterior）和背腹轴（dorsal-vontral）建立一 个梯度
z当A基因突变后，导致第一轮中的花萼变为心皮，第二轮 中的花瓣变为雄蕊；
心皮 雄蕊 雄蕊 心皮
A突变体
zB基因突变后，第二轮的花瓣变为花萼，第三轮中 的雄蕊变为心皮；
花萼 花萼 心皮 心皮
B突变体
zC基因突变后，第三轮中的雄蕊变为花瓣，第四轮中的 心皮变为花萼。
基因与发育
• 多能干细胞(pluripotent stem cell):具有多种 分化能力的细胞；例如不同胚层的特异性 细胞可以分化形成特定的组织和器官
• 多效干细胞(multipotent stem cell)：具有专 一分化能力的细胞；例如骨髓中的造血干 细胞
细胞核的去分化
• 高度分化的细胞核在一定的条件下，可 能脱离原有的分化特征，形成具有高度 分化能力的全能干细胞能力 例如：蝌蚪的肠壁细胞核移植到去了 核的卵中，发育成蝌蚪 克隆羊多利等
本该死亡的细胞不死亡，导致癌的形成或 自身免疫性疾病
本该不进入死亡程序的细胞发生死亡，引 起中风或老年性痴呆等疾病
(1)细胞病理性死亡
(如:机械损伤,化学毒品)
细胞肿胀 细胞内容物泄漏 并导致炎症
(2)细胞凋亡的特征
•细胞收缩 •线粒体破裂, 并释放细胞色素C •细胞核中的染色质降解 •通常隐藏在细胞膜中的磷脂酰丝氨酸暴露到 表面 •细胞碎片被周围细胞吸收 •吞噬细胞分泌细胞因子抑制炎症产生
一、发育遗传学
• 什么是发育？ • 细胞的分化 • 细胞凋亡 • 生物形态的建成 • 性别分化与繁殖
1、什么是发育
• 从生物学角度来说，发育是生物的细胞 分裂、分化、形态建成、生长繁殖的一 系列过程
• 从遗传学角度来说，发育是基因按照特 定的时间、空间程序表达的过程
• 研究基因对发育的调控作用的学科就是 发育遗传学(Developmental Genetics)
特异组织中分离出干细胞
Vincent Tropepe(science vol 287.2000.3) 从成年小鼠的眼睛中鉴定出一种干细胞； 这些细胞的克隆可以分化出视网膜特异 的细胞类型，包括视杆细胞，双极细胞， Miiller胶质细胞
• 多效干细胞(multipotent stem cell)：具有专 一分化能力的细胞；例如骨髓中的造血干 细胞
细胞核的去分化
• 高度分化的细胞核在一定的条件下，可 能脱离原有的分化特征，形成具有高度 分化能力的全能干细胞能力 例如：蝌蚪的肠壁细胞核移植到去了 核的卵中，发育成蝌蚪 克隆羊多利等
本该死亡的细胞不死亡，导致癌的形成或 自身免疫性疾病
本该不进入死亡程序的细胞发生死亡，引 起中风或老年性痴呆等疾病
(1)细胞病理性死亡
(如:机械损伤,化学毒品)
细胞肿胀 细胞内容物泄漏 并导致炎症
(2)细胞凋亡的特征
•细胞收缩 •线粒体破裂, 并释放细胞色素C •细胞核中的染色质降解 •通常隐藏在细胞膜中的磷脂酰丝氨酸暴露到 表面 •细胞碎片被周围细胞吸收 •吞噬细胞分泌细胞因子抑制炎症产生
一、发育遗传学
• 什么是发育？ • 细胞的分化 • 细胞凋亡 • 生物形态的建成 • 性别分化与繁殖
1、什么是发育
• 从生物学角度来说，发育是生物的细胞 分裂、分化、形态建成、生长繁殖的一 系列过程
• 从遗传学角度来说，发育是基因按照特 定的时间、空间程序表达的过程
• 研究基因对发育的调控作用的学科就是 发育遗传学(Developmental Genetics)
特异组织中分离出干细胞
Vincent Tropepe(science vol 287.2000.3) 从成年小鼠的眼睛中鉴定出一种干细胞； 这些细胞的克隆可以分化出视网膜特异 的细胞类型，包括视杆细胞，双极细胞， Miiller胶质细胞
【培训课件】基因与发育
• 基因的等价性（genome equivalence） 全能干细胞所有基因是一致的，并且基因具
有相同表达的能力。 细胞的全能性指生物体的每个细胞都具有能重 复个体的全部发育阶段和产生所有细胞类型的 能力。植物的细胞全能性大于动物细胞。
• 例如： • Gurdon的爪蟾核移植实验 • 第一个哺乳类乳腺细胞核的遗传克隆—
– 1999年2月,Christopher.R.R.Bjornorson • Neural stem cells-------blood cells
– 1999年4月,Mark.F.Pittenger • Human mesenchymal stem cells------bone,cartilage,,fat,tendon,muscle and stroma
• 从遗传学角度来说，发育是基因按照特 定的时间，空间程序表达的过程。研究 基因对发育的调控作用的学科就是发育 遗传学（Developmental Genetics) 。
发育遗传学的研究特点
•发育是生物的共同属性 发育是贯穿每个生物体的整个生活史。
对有性生殖生物而言，则是从受精卵开始 到个体正常死亡。其中早期胚胎发育过程 包括受精、卵裂和胚层分化,是发育的关键 的阶段, 如哺乳类的早期发育过程
• 同时美国John-Hopkins Bayview Hospital的John.D.Gearhart从终止妊娠 的胎儿组织中原本要发育成睾丸或卵巢 的部位取得细胞进行培养，得到多能干 细胞。
特异组织中分离出干细胞
Vincent Tropepe(science vol 287.2000.3) 从成年小鼠的眼睛中鉴定出一种干细胞。 这些细胞的克隆可以分化出视网膜特异 的细胞类型，包括视杆细胞，双极细胞， Miiller胶质细胞
有相同表达的能力。 细胞的全能性指生物体的每个细胞都具有能重 复个体的全部发育阶段和产生所有细胞类型的 能力。植物的细胞全能性大于动物细胞。
• 例如： • Gurdon的爪蟾核移植实验 • 第一个哺乳类乳腺细胞核的遗传克隆—
– 1999年2月,Christopher.R.R.Bjornorson • Neural stem cells-------blood cells
– 1999年4月,Mark.F.Pittenger • Human mesenchymal stem cells------bone,cartilage,,fat,tendon,muscle and stroma
• 从遗传学角度来说，发育是基因按照特 定的时间，空间程序表达的过程。研究 基因对发育的调控作用的学科就是发育 遗传学（Developmental Genetics) 。
发育遗传学的研究特点
•发育是生物的共同属性 发育是贯穿每个生物体的整个生活史。
对有性生殖生物而言，则是从受精卵开始 到个体正常死亡。其中早期胚胎发育过程 包括受精、卵裂和胚层分化,是发育的关键 的阶段, 如哺乳类的早期发育过程
• 同时美国John-Hopkins Bayview Hospital的John.D.Gearhart从终止妊娠 的胎儿组织中原本要发育成睾丸或卵巢 的部位取得细胞进行培养，得到多能干 细胞。
特异组织中分离出干细胞
Vincent Tropepe(science vol 287.2000.3) 从成年小鼠的眼睛中鉴定出一种干细胞。 这些细胞的克隆可以分化出视网膜特异 的细胞类型，包括视杆细胞，双极细胞， Miiller胶质细胞
基因与发育(分析“基因”文档)共115张PPT
33
2. 重链基因的重排与连接
胚V3
L Vn
D1~D12 1 2 3 12
J H
1 2 34
C μ δγ 3γ1γ2bγ2aεα
B 细胞 DNA
L V1
L
V 2
D 2 J3
γ 1 γ2bγ2a εα
RNA
5’
初始转录本
3 ’ poly （A）
成熟
5’
mRNA
③第一次无效重排后，细胞内又发生另一次有效重排 ，生成Ig+/Ig-，阻止了进一步重排的发生。
39
胚系基因（Iog/Igo）
V
J-C
V
J-C
有效重排，产生 Igo/Ig+
V
J-C
V J-C 转录
翻译
Ig 蛋白
无效重排，产生 Igo/Ig－
V
J-C
V
J-C
第二次等位基因重排，产生 Ig+ /Ig－
V
位于C基因片段的增强子附近时，启动子活化。
42
3、类别转换
抗原激活B细胞后，膜上及分泌的Ig类别会由IgM 转成IgG、A、E其它类别，但V区不变；
5 种Ig类别：IgM、IgD、IgG、IgE和IgA。
43
IgM（任何B细胞都产生的第一类Ig） IgG具有一定的活化补体的能力，导致侵入细胞的
细胞免疫 在体液免疫中，B淋巴细胞首先识别外源致病因 子或其他任何形式的抗原，通过浆细胞（即成熟B淋 巴细胞）不断分泌出能溶于血液蛋白质中的免疫球蛋 白（immunoglobulin， Ig）。
7
8
Ig （抗体）分子通过特定的结合位点形成抗原抗体复合物，最终被巨噬细胞所吞噬。Ig最高可占
ppt课件-09第十章基因与发育
果蝇纯合fushi tarazu突变体
（上图）野生型囊胚中f t z 转录本的原位观察。基因在 7个条纹处表达，每个条纹 约宽3～4个细胞。
果蝇胚胎发育中的三类基因
③ 同源异型基因 （homeotic genes）
这类基因决定体节的发育方向，但不影响体节
的数量、极性或大小。这些基因的突变引起身体的 一个部分发育出另一部分的表型。如触角突变体 （antp）会在头上长出腿来而不是触角；双胸突变 体（bx）会将T3体节转变成正常的T2体节，使果蝇 长出两对翅膀。
人免疫球蛋白基因的结构
人IgGκ轻链的DNA的组织结构显示，在未分 化的细胞中，这个多肽链的编码信息分为三种片段。 V片段编码可变区的前95个氨基酸残基，J片段编码 可变区剩余的12个残基，C片段编码恒定区。人基 因组含有约300个不同的V片段，4个不同的J片段， 1个C片段。每一个V片段前面还有一个L片段。
记忆细胞与次级免疫应答
初级免疫应答完成之后，机体会保留一些特 殊的携带相应抗体的B细胞和相应受体的T细胞， 这些细胞处于成熟细胞和非成熟细胞的过渡状态， 它们还没有获得成熟细胞的所有特性。这些细胞 称为记忆细胞，它们的寿命很长。当再次遇到相 同抗原时，它们能快速地产生次级免疫应答。
抗原
凡能刺激机体引起免疫反应的物质称为抗原 （antigen）。抗原可刺激机体产生相应的抗体或致 敏淋巴细胞，这种性质称为免疫原性；同时，抗原 又可以与相应的抗体或致敏的淋巴细胞发生特异性 的结合，这种性质称为反应原性。
等位排斥：一个B淋巴细胞只能产生一种抗体。对于 重链基因来说，一个染色体上重链基因重排成功会抑 制另一个染色体上重链基因的重排，如果第一个染色 体上的重链基因重排失败，则另一个染色体上的重链 基因发生重排。只有重排成功的基因才能表达。
学习课件-基因与发育
性别决定基因发生作用
发育水平：
原始细胞发育成卵巢或者精巢
果蝇性别决定：
哺乳类性别决定基因
Discovery
Testis determination Y Chromosome
TDF (Testis Determing Factor)
SRY ( Sex Determing region of the Y ) HMG(High Mobility Group) box SOX gene Family
细胞核的去分化
• 高度分化的细胞核在一定的条件下，可 能脱离原有的分化特征，形成具有高度 分化能力的全能干细胞能力。 例如：蝌蚪的肠壁细胞核移植到去了 核的卵中，发育成蝌蚪。 克隆羊多利等。
原来认为的专能干细胞可以分 化成毫不相关的细胞类型。
– 1997年4月,Martin.A.Eglitis • Hematopoietic cells-------microglia and macroglia in brain
• 基因的等价性（genome equivalence） 全能干细胞所有基因是一致的，并且基因具
有相同表达的能力。 细胞的全能性指生物体的每个细胞都具有能重 复个体的全部发育阶段和产生所有细胞类型的 能力。植物的细胞全能性大于动物细胞。
• 例如： • Gurdon的爪蟾核移植实验 • 第一个哺乳类乳腺细胞核的遗传克隆—
发育遗传学的研究特点
• 发育是基因型与环境因子的相互作用 遗传控制发育的图式（pattern），发
育则是基因按严格的时间和空间顺序表 达的结果，是基因型与环境因子相互作 用转化为相应表型的过程。
发育遗传学的研究特点
• 发育调控基因具有保守性 无脊椎动物和脊椎动物，如线虫、果
发育水平：
原始细胞发育成卵巢或者精巢
果蝇性别决定：
哺乳类性别决定基因
Discovery
Testis determination Y Chromosome
TDF (Testis Determing Factor)
SRY ( Sex Determing region of the Y ) HMG(High Mobility Group) box SOX gene Family
细胞核的去分化
• 高度分化的细胞核在一定的条件下，可 能脱离原有的分化特征，形成具有高度 分化能力的全能干细胞能力。 例如：蝌蚪的肠壁细胞核移植到去了 核的卵中，发育成蝌蚪。 克隆羊多利等。
原来认为的专能干细胞可以分 化成毫不相关的细胞类型。
– 1997年4月,Martin.A.Eglitis • Hematopoietic cells-------microglia and macroglia in brain
• 基因的等价性（genome equivalence） 全能干细胞所有基因是一致的，并且基因具
有相同表达的能力。 细胞的全能性指生物体的每个细胞都具有能重 复个体的全部发育阶段和产生所有细胞类型的 能力。植物的细胞全能性大于动物细胞。
• 例如： • Gurdon的爪蟾核移植实验 • 第一个哺乳类乳腺细胞核的遗传克隆—
发育遗传学的研究特点
• 发育是基因型与环境因子的相互作用 遗传控制发育的图式（pattern），发
育则是基因按严格的时间和空间顺序表 达的结果，是基因型与环境因子相互作 用转化为相应表型的过程。
发育遗传学的研究特点
• 发育调控基因具有保守性 无脊椎动物和脊椎动物，如线虫、果
现代遗传学10.基因与发育
脊椎动物的躯体规划第一步是体轴的 决定。
体轴分:
头尾轴(antero-posterior axis) 背腹轴(dorso-ventral axis)
远近轴(proximo-distal axis）
两栖类：首先被决定的是动植物极（即 头尾）。 鸟类：首先决定背腹极，头尾轴则根据重 力和排卵时的旋转决定。
第十章 基因与发育
性别决定 个体发育 ----基因按时空顺序表达的结果
第一节 发育遗传学
什么是发育？ 细胞的分化 细胞凋亡 生物形态的建成 性别分化与繁殖
什么是发育
从生物学角度来说，发育是生物的细胞分裂， 分化，形态建成，生长繁殖的一系列过程。 从遗传学角度来说，发育是基因按照特定的时 间，空间程序表达的过程。研究基因对发育的 调控作用的学科就是发育遗传学 （Developmental Genetics) 。
人胚胎干细胞技术对基础研究和临 床应用的影响
用于修复甚至替换丧失功能的组织和器官。 体外研究人胚胎的发育和不正常发育。 新人类基因的发现。 药物筛选和致畸实验。 基因治疗的细胞源 可自我复制更新，持久 发挥作用。
人胚胎干细胞面临的技术难题
胚胎干细胞极易分化为其他细胞，如何维持它在体外 扩增时不分化？ 如何定向诱导干细胞分化？ 由胚胎干细胞在体外发育成完整的器官尤其是象心、 肝、肾、肺等大型精密复杂的器官还需要技术上的突 破。 如何克服免疫排斥反应? 胚胎干细胞有形成畸胎瘤的倾向，其安全性如何？
发育遗传学的研究特点
发育是生物的共同属性
发育是贯穿每个生物体的整个生活史。对有性 生殖生物而言，则是从受精卵开始到个体正常死 亡。其中早期胚胎发育过程包括受精、卵裂和胚 层分化,是发育的关键的阶段, 如哺乳类的早期 发育过程
第10章 基因与发育
12
13
? 在果蝇发育的卵细胞阶段，由于抚育细胞和卵 泡细胞的分泌和诱导，在长椭圆形的卵细胞两端 分别差异性地锚定和贮存了特异性翻译调控因子 bicoid 和nanosmRNA 。
14
?进入胚胎发育阶段后，BICOID 蛋白由前向后梯 度性递减，NANOS则呈梯度性递增分布。
?BICOID 蛋白对caudalmRNA 、NANOS蛋白对 hunchbackmRNA 的翻译分别具有抑制作用，使 HUNCHBACK 蛋白含量由前向后逐渐降低，而 CAUDAL 蛋白的含量则渐次增高。
生。种子植物的成年花器官由花萼、花瓣、雄蕊、 雌蕊（心皮）等四轮结构所组成。 ? 营养分生组织产生花序分生组织，花序分生组织产 生花分生组织。早期花分生组织类似于营养分生组 织，具有无限生长特性。
34
35
图 拟南芥花的构成 36
二、调控花器官发育的主要基因
花分生组织决定基因（flower meristem identity gene）促进从花序分生组织产生花分生组织并进一 步分化产生花器官原基，但产生何种花器官则由同 源域基因所控制。花分生组织决定基因可以在一定 程度上激活同源域基因。
背部
腹部
后端
7
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。
滤泡细胞 滋养细胞
卵母细胞
8
? 卵原细胞经过四次有丝分裂成为 16个细胞 （称为并合体， fusomes ），通过胞质桥构成 内部连接，其中之一发育成卵母细胞，其余发 育为抚育细胞。
28
6．影响果蝇体节一致性的基因---同源域基因
13
? 在果蝇发育的卵细胞阶段，由于抚育细胞和卵 泡细胞的分泌和诱导，在长椭圆形的卵细胞两端 分别差异性地锚定和贮存了特异性翻译调控因子 bicoid 和nanosmRNA 。
14
?进入胚胎发育阶段后，BICOID 蛋白由前向后梯 度性递减，NANOS则呈梯度性递增分布。
?BICOID 蛋白对caudalmRNA 、NANOS蛋白对 hunchbackmRNA 的翻译分别具有抑制作用，使 HUNCHBACK 蛋白含量由前向后逐渐降低，而 CAUDAL 蛋白的含量则渐次增高。
生。种子植物的成年花器官由花萼、花瓣、雄蕊、 雌蕊（心皮）等四轮结构所组成。 ? 营养分生组织产生花序分生组织，花序分生组织产 生花分生组织。早期花分生组织类似于营养分生组 织，具有无限生长特性。
34
35
图 拟南芥花的构成 36
二、调控花器官发育的主要基因
花分生组织决定基因（flower meristem identity gene）促进从花序分生组织产生花分生组织并进一 步分化产生花器官原基，但产生何种花器官则由同 源域基因所控制。花分生组织决定基因可以在一定 程度上激活同源域基因。
背部
腹部
后端
7
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。
滤泡细胞 滋养细胞
卵母细胞
8
? 卵原细胞经过四次有丝分裂成为 16个细胞 （称为并合体， fusomes ），通过胞质桥构成 内部连接，其中之一发育成卵母细胞，其余发 育为抚育细胞。
28
6．影响果蝇体节一致性的基因---同源域基因
第10章 基因与发育
较小。
（6） 恒定区： H链C端的
3/4和L链C端的1/2区域 (qūyù)内，氨基酸的种类、 排列顺序与构型相对恒定。
25 共一百一十九页
五、 免疫(miǎnyì)球蛋白的基因结构
免疫球蛋白分子由Igk、Ig 和Igh基因编码，它们 是 3个基因家族，分别位于不同的染色体上。编码一 条免疫球蛋白多肽链的基因是种系中数个分隔开(ɡé kāi) 的DNA片段经重排后产生的。
其中祖B细胞、前B细胞、未成熟B细胞的分化不依赖于 抗原，其分化过程在骨髓中完成。
15 共一百一十九页
B细胞(xìbāo)的发育过程
抗原非依赖阶段(jiēduàn)：在胎肝或骨 髓
成熟B细胞
未成熟细胞
前B细胞
祖B细胞
淋巴(lín bā)干
细胞
抗原依赖阶段：外周淋巴器官
抗原
成熟B细胞
sIgM+ sIgD+
（3） 可变区：H链N端的1/4和L链N端的1/2区域(qūyù)内， 氨基酸的种类、排列顺序与构型的变化很大，故称 可变区。
24
共一百一十九页
（4） 超变区：可变区（V）中部分(bùfen)区域的氨基酸组成、排列 顺序和构型更易变化，其中VH有4个，VL有3个。 （5） 骨架(gǔjià)区：可变区中除去超变区部分的氨基酸变化相对
10 共一百一十九页
生物体内存在的两条主要免疫(miǎnyì)途径
体液(tǐyè)免 疫
细胞(xìbāo) 免疫
B Cell
T Cell
11
共一百一十九页
两类获得性免疫反应都由在血液和淋巴组织之间 循环的淋巴细胞（nucleated leukocytes， white blood cells）所介导。
（6） 恒定区： H链C端的
3/4和L链C端的1/2区域 (qūyù)内，氨基酸的种类、 排列顺序与构型相对恒定。
25 共一百一十九页
五、 免疫(miǎnyì)球蛋白的基因结构
免疫球蛋白分子由Igk、Ig 和Igh基因编码，它们 是 3个基因家族，分别位于不同的染色体上。编码一 条免疫球蛋白多肽链的基因是种系中数个分隔开(ɡé kāi) 的DNA片段经重排后产生的。
其中祖B细胞、前B细胞、未成熟B细胞的分化不依赖于 抗原，其分化过程在骨髓中完成。
15 共一百一十九页
B细胞(xìbāo)的发育过程
抗原非依赖阶段(jiēduàn)：在胎肝或骨 髓
成熟B细胞
未成熟细胞
前B细胞
祖B细胞
淋巴(lín bā)干
细胞
抗原依赖阶段：外周淋巴器官
抗原
成熟B细胞
sIgM+ sIgD+
（3） 可变区：H链N端的1/4和L链N端的1/2区域(qūyù)内， 氨基酸的种类、排列顺序与构型的变化很大，故称 可变区。
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（4） 超变区：可变区（V）中部分(bùfen)区域的氨基酸组成、排列 顺序和构型更易变化，其中VH有4个，VL有3个。 （5） 骨架(gǔjià)区：可变区中除去超变区部分的氨基酸变化相对
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生物体内存在的两条主要免疫(miǎnyì)途径
体液(tǐyè)免 疫
细胞(xìbāo) 免疫
B Cell
T Cell
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两类获得性免疫反应都由在血液和淋巴组织之间 循环的淋巴细胞（nucleated leukocytes， white blood cells）所介导。
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两个基因家族的成员
ANT-C包括： 1.唇基因（lab）和变形基因（Dfd）特化头部分节 2.性梳诱导基因（Scr）和触角（足）基因（Antp） 特化胸部分节
3.口器（足）基因（pb）主要在成年期起作用，但它
缺失时，口部触须转化成腿 BX-C包括： 1.超双胸基因（Ubx） 2.腹A基因（abd A）和腹B基因（abd B）
Ig基因各片段之间 的反向重复序列
小鼠Igμ重链的基因重排、 转录与合成的顺序
小鼠Igμ重链的基因重排、 转录与合成的顺序（续）
重组转换 （DNA缺失）
抗 体 机的 制同 1型 转 换
抗体的同型转换机制2
原始转录本的选择性拼接
膜 型结 抗合 体抗 的体 转与 换分 泌
免疫球蛋白表达的等位排斥 和同型排斥
等位排斥：一个B淋巴细胞只能产生一种抗体。对于 重链基因来说，一个染色体上重链基因重排成功会抑 制另一个染色体上重链基因的重排，如果第一个染色 体上的重链基因重排失败，则另一个染色体上的重链 基因发生重排。只有重排成功的基因才能表达。
同型排斥：对于轻链基因来说，先进行κ基因重排， 只有当两个染色体上的κ基因都重排失败后，才会进 行λ基因的重排。所以一个B淋巴细胞中产生的抗体， 要么两条轻链都是κ链，要么都是λ链。
蛋白抑制Dpp蛋白的表达，阻止腹侧细胞发育成背侧
结构。而背侧Dpp蛋白的表达是背侧发育必需的。
Dorsal蛋白定位在腹侧细胞核内
腹侧的细胞核表 现出红点，而背
侧的细胞核表现
为阴影。
果蝇的同源异型基因家族
果蝇的同源异型基因可分为两个大的基因家族： 一个是双胸复合物（bithorax complex，BX-C）， 它控制胸和腹部体节的发育；另一个是触角复合物 （antenna pedia complex，ANT-C），它控制头和 胸的发育。这两个复合物均位于第三染色体上，这 两个复合物统称为同源转换基因群（Hom-C）。
性突变体产生具有两个腹部的对称胚。这种突变只受
母本基因的影响，而与父本基因无关。这种突变是由
存在于卵内的来自母体的mRNA调节的，编码这些
mRNA的基因称为母源基因，受这些mRNA翻译产生 的蛋白质调节的受精卵基因叫间隙基因（Gap基因）。
果蝇双尾雌性突变体
野生型胚胎
双尾突变体胚胎
果蝇胚胎发育中的三类基因
鱼雷蛋白
背脊蛋白
背 腹 系发 统育 的需 连要 续3 作 个 用 定 位
背腹发育需要3个定位系统 的连续作用
gurken mRNA定位在背侧，翻译出的Gurken蛋
白与背侧的滤泡细胞上的Torpedo受体结合，将信号 传入滤泡细胞，抑制背侧滤泡细胞表达Spatzle配体。 腹侧的滤泡细胞表达出Spatzle配体与腹侧的Toll受体 结合，使得Dorsal蛋白集中到腹侧细胞核内，Dorsal
1. 前端系统负责头和胸的发育。
2. 后端系统负责腹部的体节。
3. 末端系统负责产生顶节（在头部）和尾节 （在尾部）。 4. 背腹系统决定组织类型的发育（中胚层、 神经外胚层、外胚层）。
形态发生素
母 体 系 统 从 卵 外 起 始
在卵母细胞中由母 源基因mRNA定位 建立梯度
Nanos mRNA和 Nanos蛋白定位在 卵后部
② 分节基因 （segmentation genes）
分节基因包括间隙基因（gap genes）、成对控制
基因（pair rule genes）和分节极性基因（segment
polarity genes）。分节基因在受精之后表达。这类基 因决定胚胎分节的数量及其极性。如纯合fushi tarazu （f t z，没有足够体节。是成对控制基因）突变体的体 节数只有野生型体节数的一半。
Ig基因随B细胞发育阶段重排
鼠胚系Ig基因的构成
人胚系Ig基因的构成
人IgGκ轻链基因的重排
人 轻 链 基 因 的 重 排
IgGκ
免 重疫 排球 的蛋 机白 制基 因
重组信号序列（RSS） （recombination signalsequence） RAG1与RAG2：重组激活基因产物 （recombjnation activating gene，RAG）
抗原决定簇
（抗原表位）
抗原分子上的特异性化学 基团叫做抗原决定簇，它可决 定刺激机体产生抗体和致敏淋 巴细胞的特异性，并能与相应 的抗体或致敏淋巴细胞发生特 异性的反应。
抗原决定簇都必须含有一 定的特异的结构。在天然抗原 中，构成蛋白质抗原决定簇所 含的氨基酸约5个，其中有一 个氨基酸不同即可构成不同的 抗原。碳水化合物抗原所含的 己糖约6个；核酸半抗原中的 一个抗原决定簇包括6～8个核 苷酸。
果蝇纯合fushi tarazu突变体
（上图）野生型囊胚中f t z 转录本的原位观察。基因在 7个条纹处表达，每个条纹 约宽3～4个细胞。
果蝇胚胎发育中的三类基因
③ 同源异型基因 （homeotic genes）
这类基因决定体节的发育方向，但不影响体节
的数量、极性或大小。这些基因的突变引起身体的
第十章 基因与发育
一、免疫系统发育及免疫球蛋白基因表达
二、果蝇的发育与调控
三、高等植物花发育的基因调控
一、免疫 球蛋白基 因表达
1. 脊 椎 动 物 免 疫系统 （体液免疫）
2.脊椎动物免疫 系统（细胞免疫）
MHC： major hiscompatibility complex
主要组织相容性复合体
不 同 类 型 基 因 控 制 的 内 容
母源基因：建立从前 部和后部极性的梯度
间隙基因：定义卵中 4个较宽的区域
成对控制基因：定义 7个条纹（每个条纹 是一对体节）
体节极性基因：定义 14个条纹（每个条纹 是一个体节）
Toll受体在背腹 发育中的作用
Toll受体存在于在 卵母细胞周围，但将要 形成腹侧附近的滤泡细 胞分泌出spatzle因子， 激活了腹侧的Toll受体。 Dorsal蛋白主要存 在于胚盘的腹侧细胞核 内，阻止腹侧的细胞发 育成背侧的结构。
形态发生素Bicoid蛋白 和Nanos蛋白的作用
形态发生素是一种蛋白质，它的局部聚集（或活 动）左右着周围区域的命运并以此形成特殊的结构。
Bicoid 蛋 白 浓 度 梯 度 能 激 活 前 部 驼 背 基 因 （ hunchback ） 转 录 ， 而 Nanos 蛋 白 阻 止 驼 背 基 因 mRNA在后部的翻译。 驼背蛋白抑制knirps和（很可能）giant基因的表 达，这些基因对于腹部结构的形成是必要的。 驼背蛋白最基本的功能是：通过抑制前部knirps 和giant基因的表达来抑制前端区域内腹部结构的形成。
机体内有能产 生各种各样抗体的 B细胞，外来抗原 能激活其中一种或 几种B细胞，它们 被激活后扩增，产 生大量的针对性的 抗体（每一个B细 胞克隆产生针对一 种抗原表位的抗 体）。 T细胞的情况 也类似，针对外来 抗原的T细胞被激 活。
克 隆 选 择 学 说
抗体的类型
人体内有多于1×107～1×109种结构不同的抗体分 子，每一种都有其独特的氨基酸序列和独特的抗原结合 部位。
一个部分发育出另一部分的表型。如触角突变体
（antp）会在头上长出腿来而不是触角；双胸突变
体（bx）会将T3体节转变成正常的T2体节，使果蝇 长出两对翅膀。
果蝇的同源异型突变
野生型 触角突变体
野生型
双胸突变体
三类基因之间的调控关系
调控胚胎发育的4条信号途径
4条信号途径在卵外起始，每一条途径导 致卵中产生形态发生素。
人免疫球蛋白基因的结构
人IgGκ轻链的DNA的组织结构显示，在未分 化的细胞中，这个多肽链的编码信息分为三种片段。 V片段编码可变区的前95个氨基酸残基，J片段编码
可变区剩余的12个残基，C片段编码恒定区。人基
因组含有约300个不同的V片段，4个不同的J片段，
1个C片段。每一个V片段前面还有一个L片段。
果蝇发育过程中的体节分化
受精卵的发育首 先要建立前后、背腹 的极性。
受精卵发育成囊胚
一个雄核，一个雌核。
极浆区域（ polar plasm）的细胞为生殖细胞的祖细胞。
果蝇胚胎发育中的三类基因
① 母源基因（母体效应基因） （maternal- effect genes）
母源基因决定胚的极性，即胚的头尾和背腹轴。 这类基因突变时将改变胚发育的模式，如纯合双尾雌
增强子与Ig基因表达
每一个 V 片 段的 前面有一个前导区 （L），V 和 L 之间是 一个内含子，每一个 L 前面有一个启动子，在 J 区和 C 区之间有一个 增强子。只有重排成功， 增强子才能激活离它最 近的启动子启动转录。 这个启动子只在 B 淋巴 细胞中起作用。
体细胞突变增加Ig的多样性
比较表达免疫球蛋白的基因序列和生殖细胞中 相对应的基因序列，发现了体细胞突变现象。突变 主要在可变区产生，这增加了Ig的多样性。
二、果蝇的发育 与调控
果蝇是小型蝇类动物，体长只有 几个毫米。作为实验动物，果蝇有很 多优点。首先是饲养容易，用一只牛 奶瓶，放一些捣烂的香蕉，就可以饲 养数百甚至上千只果蝇。第二是繁殖 快，在25℃左右温度下十几天就繁殖 一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。 果蝇只有4对染色体，数量少而且形 状有明显差别；果蝇性状变异很多， 比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状 都有多种变异，这些特点对遗传学研 究也有很大好处。
记忆细胞与次级免疫应答
初级免疫应答完成之后，机体会保留一些特
殊的携带相应抗体的B细胞和相应受体的T细胞， 这些细胞处于成熟细胞和非成熟细胞的过渡状态， 它们还没有获得成熟细胞的所有特性。这些细胞 称为记忆细胞，它们的寿命很长。当再次遇到相 同抗原时，它们能快速地产生次级免疫应答。