现代分子生物学 精编课件
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分子生物学PPT课件
04 蛋白质的结构与功能
蛋白质的化学组成与结构
蛋白质的基本组成单 位
氨基酸，具有氨基和羧
基的有机化合物。
氨基酸的种类
20种常见氨基酸，根据 侧链R基的不同进行分 类。
蛋白质的一级结构
氨基酸的线性排列顺序 ，包括肽键和二硫键的 连接。
蛋白质的高级结构
二级结构（α-螺旋、β折叠等）、三级结构和 四级结构。
01
其他RNA
如miRNA、snRNA等，在基因表达调控、 RNA加工等方面发挥作用。
04
03
RNA的合成与加工
01
02
03
转录
以DNA为模板，通过RNA 聚合酶的作用，合成RNA 的过程。
加工
新合成的RNA需要经过一 系列加工过程，如剪接、 修饰等，才能成为成熟的 RNA分子。
转录后调控
通过RNA干扰、RNA编辑 等方式对RNA进行转录后 水平的调控，影响基因的 表达。
03
DNA连接酶的种类和应用
04
重组DNA分子的构建和筛选
PCR技术及其应用
01
PCR技术的原理及步骤
02
03
04
引物的设计与优化
PCR反应体系的组成及优化
PCR技术的应用举例
基因克隆与基因工程
基因克隆的定义和原理 基因表达载体的构建和选择
基因工程的基本步骤 基因工程的应用举例
分子生物学在医学、农业等领域的应用
医学领域的应用
基因诊断、基因治疗、药物研 发等
工业领域的应用
酶工程、发酵工程、生物制药 等
农业领域的应用
转基因作物、基因编辑育种、 农业生物技术等
环境领域的应用
环境监测、污染治理、生态修 复等
2024版年度现代分子生物学(全套课件180P)ppt课件
2024/2/3
链的延伸
RNA聚合酶沿DNA模板 移动，催化RNA链的延
伸。
转录终止
RNA聚合酶在特定信号 作用下停止转录，释放
RNA链。
16
转录后修饰
包括5’端加帽、3’端 加尾等修饰过程。
RNA的加工与成熟
剪接
去除内含子，连接外显子，形成成熟的 mRNA。
编辑
对某些核苷酸进行修饰或替换，改变RNA的 编码信息。
DNA复制和修复过程中的突变 和重组为生物进化提供了原材
料。
疾病发生与发展
DNA复制和修复异常可能导致 基因突变和基因组不稳定，进
而引发疾病的发生和发展。
2024/2/3
14
04
RNA转录与加工
2024/2/3
15
RNA转录的过程与机制
转录起始
RNA聚合酶与DNA模板 结合，形成转录起始复
合物。
疗。
基因治疗
通过导入正常基因或修复突变基 因，恢复细胞功能，达到治疗疾
病的目的。
精准医疗
结合基因诊断与治疗，为患者提 供定制化的治疗方案，提高治疗
效果和生活质量。
2024/2/3
26
07
分子生物学技术与应用
2024/2A重组技术
利用限制性内切酶、DNA连接酶等工具酶，实现 DNA片段的切割、连接和重组，构建重组DNA分子。
8
基因组的组成与特点
基因组的定义
基因组是一个生物体所有 基因的总和，包括核基因 组和细胞器基因组。
2024/2/3
基因组的组成
基因组由DNA序列、RNA 序列和蛋白质序列等组成， 其中DNA序列是主要的遗 传物质。
基因组的特点
链的延伸
RNA聚合酶沿DNA模板 移动，催化RNA链的延
伸。
转录终止
RNA聚合酶在特定信号 作用下停止转录，释放
RNA链。
16
转录后修饰
包括5’端加帽、3’端 加尾等修饰过程。
RNA的加工与成熟
剪接
去除内含子，连接外显子，形成成熟的 mRNA。
编辑
对某些核苷酸进行修饰或替换，改变RNA的 编码信息。
DNA复制和修复过程中的突变 和重组为生物进化提供了原材
料。
疾病发生与发展
DNA复制和修复异常可能导致 基因突变和基因组不稳定，进
而引发疾病的发生和发展。
2024/2/3
14
04
RNA转录与加工
2024/2/3
15
RNA转录的过程与机制
转录起始
RNA聚合酶与DNA模板 结合，形成转录起始复
合物。
疗。
基因治疗
通过导入正常基因或修复突变基 因，恢复细胞功能，达到治疗疾
病的目的。
精准医疗
结合基因诊断与治疗，为患者提 供定制化的治疗方案，提高治疗
效果和生活质量。
2024/2/3
26
07
分子生物学技术与应用
2024/2A重组技术
利用限制性内切酶、DNA连接酶等工具酶，实现 DNA片段的切割、连接和重组，构建重组DNA分子。
8
基因组的组成与特点
基因组的定义
基因组是一个生物体所有 基因的总和，包括核基因 组和细胞器基因组。
2024/2/3
基因组的组成
基因组由DNA序列、RNA 序列和蛋白质序列等组成， 其中DNA序列是主要的遗 传物质。
基因组的特点
现代分子生物学课件
现代分子生物学课件一、引言分子生物学是研究生物大分子（如DNA、RNA和蛋白质）的结构、功能和相互作用的科学。
随着科学技术的飞速发展，现代分子生物学已经取得了许多重要的突破，为生命科学、医学、农业等领域的研究和应用提供了强大的理论和技术支持。
本课件旨在介绍现代分子生物学的基本原理、技术方法和研究进展，以帮助学生更好地理解分子生物学的基本概念，掌握相关实验技术，并为未来的科研工作打下坚实的基础。
二、DNA的结构与功能DNA是生物体内携带遗传信息的分子，其双螺旋结构由两条互相缠绕的链组成。
DNA分子由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞状细胞素）组成，它们通过氢键相互配对，形成碱基对。
DNA 的主要功能是存储和传递遗传信息，指导蛋白质的合成，从而调控生物体的生长、发育和代谢等生命活动。
三、基因的表达与调控基因的表达是指DNA序列转化为功能蛋白质的过程，包括转录和翻译两个阶段。
转录是指DNA模板上的信息被复制成RNA分子的过程，翻译是指RNA分子被翻译成蛋白质的过程。
基因的表达受到多种因素的调控，包括转录因子、染色质结构、DNA甲基化等。
这些调控机制确保了基因在适当的时空条件下表达，从而维持生物体的正常生理功能。
四、分子生物学技术1.PCR（聚合酶链反应）：一种在体外扩增DNA片段的技术，具有高灵敏度、高特异性和操作简便等特点。
2.克隆技术：将DNA片段插入到载体中，使其在宿主细胞中复制和表达的技术。
3.基因敲除和敲入：通过基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）对生物体的基因进行精确修改，以研究基因的功能。
4.蛋白质组学：研究生物体内所有蛋白质的表达、修饰和相互作用的技术。
5.代谢组学：研究生物体内所有代谢物的种类、含量和变化的技术。
五、现代分子生物学研究进展1.基因组学：人类基因组计划的完成，揭示了人类基因组的整体结构和功能。
2.系统生物学：通过整合生物学数据，研究生物系统的整体行为和调控机制。
现代分子生物学ppt课件
1
220
3453
2
240
2954
3
200
2427
4
186
1861
5
182
2136
6
172
2257
7
146
1831
8
146
1560
9
113
1537
10
130
1653
11
132
2185
4
染色体编号 长度（Mbp) 估计的基因数
12
134
1861
13
99
1032
14
87
1283
15
80
1198
16
75
1421
129
125
135
102
分离难 易度
易
保守性 不保守
染色质 中比例
0.5
染色质 中位置
接头
较难 较保守 1
核心
较难 较保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
27
表2-6 不同组蛋白分子中所含的碱性氨基酸比较 （占氨基酸总数的%）
碱性氨 H1
H2A
H2B
H3
H4
基酸
赖氨酸 29.5 10.9 16.0
24
组蛋白具有如下特性：
1、进化上的极端保守性。不同种生物组蛋白的氨基 酸组成十分相似。牛、猪、大鼠的H4氨基酸序列完全 相同，与豌豆序列相比也只有两个氨基酸的差异。 2、无组织特异性。只有鸟类、鱼类 及两栖类红细 胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是 鱼精蛋白。
25
3、肽链上氨基酸分布的不对称性。碱性氨基酸集 中分布在N端的半条链上，而大部分疏水基团都分 布在C端。碱性的半条链易与DNA的负电荷区结合， 而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合。
分子生物学全套课件(2024)
2024/1/26
17
蛋白质在细胞中的作用
蛋白质可以作为酶催化生物体内 的化学反应，维持生命活动的正 常进行。
蛋白质可以作为载体运输物质， 如血红蛋白运输氧气和二氧化碳 。
蛋白质可以作为抗体参与免疫反 应，保护机体免受病原体的侵害 。
蛋白质是细胞结构和功能的基础 ，参与细胞的各种生命活动，如 催化、运输、免疫、调节等。
2024/1/26
21
基因表达调控的分子机制
DNA结合蛋白的作用
识别并结合特定DNA序列，影响基因转录。
染色质结构与基因表达
染色质结构的变化可影响基因的可及性和转 录活性。
2024/1/26
信号转导与基因表达调控
细胞外信号通过信号转导途径影响基因表达 。
转录后调控机制
包括mRNA剪接、转运、定位和降解等过程 对基因表达的调控。
比较基因组学分析
通过比较不同物种或不同个体之间的基因组差异，揭示物种进化、基 因功能等生物学问题。
生物信息学在基因组学中的应用
利用生物信息学方法对基因组数据进行挖掘和分析，发现新的基因、 突变位点以及与疾病相关的遗传变异等。
27
THANK YOU
感谢观看
2024/1/26
28
2024/1/26
8
DNA的复制与修复
01
02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止三个阶 段，涉及多种蛋白质和酶 的参与。
2024/1/26
DNA复制的特点
半保留复制、半不连续复 制等。
DNA修复的机制
直接修复、切除修复、重 组修复和SOS修复等，用 于纠正复制过程中产生的 错误。
9
DNA的转录与表达
现代分子生物学课件
抵御外界环境压力
生物体在面对紫外线、化学物质 等外界环境压力时，DNA损伤修 复机制能够抵御这些压力对基因 组的破坏作用。
01 02 03 04
保障细胞正常功能
DNA损伤若不及时修复，可能导 致细胞功能障碍或死亡，因此损 伤修复对于保障细胞正常功能具 有重要意义。
预防疾病发生
许多疾病的发生与DNA损伤修复 机制的缺陷有关，因此完善的 DNA损伤修复机制对于预防疾病 的发生具有积极作用。
06
现代分子生物学实验技术
Chapter
聚合酶链式反应技术原理及应用
技术原理
聚合酶链式反应（PCR）是一种 分子生物学技术，通过特定的引 物和DNA聚合酶，在体外条件下 快速扩增特定的DNA片段。
应用领域
PCR技术广泛应用于基因克隆、 基因突变分析、DNA测序、病原 体检测、法医学鉴定等领域。
实验操作
04
重组DNA技术与基因工程
Chapter
重组DNA技术基本原理
重组DNA技术定义 重组DNA技术是指在体外将不同来源的DNA分子进行剪 切、连接，形成重组DNA分子，然后将其导入宿主细胞中 进行复制和表达的技术。
DNA分子剪切
利用限制性核酸内切酶等工具，在特定序列处将DNA分子 切断，形成具有互补粘性末端的DNA片段。
等提供了有力手段。
基因组学在疾病研究中的应用
03
通过基因组关联分析等方法，揭示基因与疾病之间的关联，为
疾病诊断和治疗提供新思路。
转录组学和蛋白质组学应用
转录组学
研究细胞或组织中基因转录的情况，揭示基因表达调控机制。
蛋白质组学
研究细胞或组织中蛋白质的种类、数量、结构和功能，揭示蛋白质在生命活动中的作用。
生物体在面对紫外线、化学物质 等外界环境压力时，DNA损伤修 复机制能够抵御这些压力对基因 组的破坏作用。
01 02 03 04
保障细胞正常功能
DNA损伤若不及时修复，可能导 致细胞功能障碍或死亡，因此损 伤修复对于保障细胞正常功能具 有重要意义。
预防疾病发生
许多疾病的发生与DNA损伤修复 机制的缺陷有关，因此完善的 DNA损伤修复机制对于预防疾病 的发生具有积极作用。
06
现代分子生物学实验技术
Chapter
聚合酶链式反应技术原理及应用
技术原理
聚合酶链式反应（PCR）是一种 分子生物学技术，通过特定的引 物和DNA聚合酶，在体外条件下 快速扩增特定的DNA片段。
应用领域
PCR技术广泛应用于基因克隆、 基因突变分析、DNA测序、病原 体检测、法医学鉴定等领域。
实验操作
04
重组DNA技术与基因工程
Chapter
重组DNA技术基本原理
重组DNA技术定义 重组DNA技术是指在体外将不同来源的DNA分子进行剪 切、连接，形成重组DNA分子，然后将其导入宿主细胞中 进行复制和表达的技术。
DNA分子剪切
利用限制性核酸内切酶等工具，在特定序列处将DNA分子 切断，形成具有互补粘性末端的DNA片段。
等提供了有力手段。
基因组学在疾病研究中的应用
03
通过基因组关联分析等方法，揭示基因与疾病之间的关联，为
疾病诊断和治疗提供新思路。
转录组学和蛋白质组学应用
转录组学
研究细胞或组织中基因转录的情况，揭示基因表达调控机制。
蛋白质组学
研究细胞或组织中蛋白质的种类、数量、结构和功能，揭示蛋白质在生命活动中的作用。
分子生物学课件(共51张PPT)(2024)
四级结构
由两条或两条以上的多肽链组 成的一类结构，每一条多肽链
都有完整的三级结构。
21
蛋白质的功能与分类
结构蛋白：作为细胞的结构，如膜蛋白，染色体蛋白等 。 酶：催化生物体内的化学反应。
抗体：参与免疫应答。
2024/1/29
功能蛋白
激素：调节生物体的生理活动。
蛋白质的分类还可以根据其溶解度、形状等进行划分。 例如，根据溶解度可分为清蛋白、球蛋白等；根据形状 可分为纤维状蛋白和球状蛋白等。
RNA的基本组成单位是核糖核苷酸， 由磷酸、核糖和碱基组成。
磷酸二酯键
核糖核苷酸之间通过磷酸二酯键连接 形成RNA链。
碱基
RNA中的碱基主要有腺嘌呤（A）、 鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶 （U）。
2024/1/29
12
RNA的种类与结构
mRNA
信使RNA，负责携带遗 传信息并指导蛋白质合
成。
翻译水平调控
通过控制翻译的起始、延伸和 终止来调控基因表达。
蛋白质水平调控
通过控制蛋白质的活性、稳定 性和相互作用来调控基因表达
。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA 甲基化等方式来调控基因表达
。
2024/1/29
18
05
蛋白质的结构与功能
2024/1/29
19
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种标准氨基酸。
2024/1/29
tRNA
转运RNA，负责携带氨 基酸并识别mRNA上的
遗传密码。
rRNA
其他RNA
核糖体RNA，是核糖体 的组成部分，参与蛋白
质合成。
13
如miRNA、snRNA等， 在基因表达调控等方面
由两条或两条以上的多肽链组 成的一类结构，每一条多肽链
都有完整的三级结构。
21
蛋白质的功能与分类
结构蛋白：作为细胞的结构，如膜蛋白，染色体蛋白等 。 酶：催化生物体内的化学反应。
抗体：参与免疫应答。
2024/1/29
功能蛋白
激素：调节生物体的生理活动。
蛋白质的分类还可以根据其溶解度、形状等进行划分。 例如，根据溶解度可分为清蛋白、球蛋白等；根据形状 可分为纤维状蛋白和球状蛋白等。
RNA的基本组成单位是核糖核苷酸， 由磷酸、核糖和碱基组成。
磷酸二酯键
核糖核苷酸之间通过磷酸二酯键连接 形成RNA链。
碱基
RNA中的碱基主要有腺嘌呤（A）、 鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶 （U）。
2024/1/29
12
RNA的种类与结构
mRNA
信使RNA，负责携带遗 传信息并指导蛋白质合
成。
翻译水平调控
通过控制翻译的起始、延伸和 终止来调控基因表达。
蛋白质水平调控
通过控制蛋白质的活性、稳定 性和相互作用来调控基因表达
。
表观遗传学调控
通过改变染色质结构和DNA 甲基化等方式来调控基因表达
。
2024/1/29
18
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蛋白质的结构与功能
2024/1/29
19
蛋白质的分子组成
氨基酸
蛋白质的基本组成单元，共有20 种标准氨基酸。
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tRNA
转运RNA，负责携带氨 基酸并识别mRNA上的
遗传密码。
rRNA
其他RNA
核糖体RNA，是核糖体 的组成部分，参与蛋白
质合成。
13
如miRNA、snRNA等， 在基因表达调控等方面
《现代分子生物学》PPT课件
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13
遗传密码
• 遗传密码的破译 • 遗传密码的特性：无逗号、不重叠、通用
性、简并性、起始密码和终止密码
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14
tRNA的结构与功能
• tRNA的二级结构：三叶草型——四环四臂 • tRNA的三级结构：倒L型 • tRNA的功能：密码子与反密码子的配对 • tRNA种类：起始tRNA与延伸tRNA、同工
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35
免疫球蛋白
• 免疫系统：体液免疫和细胞免疫 • B细胞的分化过程 • 免疫球蛋白的结构 • 免疫球蛋白基因重排产生多样性
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36
果蝇胚胎的模式发育
• 重要基因：BICOID和HUNCHBACK（前端 形成），NANOS和CAUDAL（后端形成）
• 同源域基因：存在于生物中的一类高度保 守的基因，可能与模式发育有关。
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21
酵母双杂交系统
• 用于分离能与已知靶蛋白质互作的基因 • 基本原理：真核生物的转录因子大多有两
个结构分开、功能上独立的结构域组成： DNA结合域（BD）和转录激活域（AD）， 只有两者在空间上相互靠近才能起始转录。
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22
第六章 基因的表达与调控（上）
知识要点
• 基因表达调控的基本概念 • 操纵子模型
• 激素调节、热激蛋白调节、金属蛋白调节
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31
第八章 疾病与人类健康
知识要点
• 癌症发病机制 • 癌基因概念和分类 • 基因治疗的概念
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32
癌基因的概念和分类
• 癌基因：体外引起细胞转化，体内诱发肿 瘤。分为v-onc（HIV和HBV）和c-onc两类
现代分子生物学完整ppt课件
基因（gene）： 产生一条多肽链或功能RNA所需要的全部DNA序列.
.
例1:
EcoR I
SV40病毒DNA
5’ 3’
GCSTAVTAAT4AT0GC
噬菌体DNA
5’
GAATTC
3’
CTTAAG
切割
G
AATTC
CTTAA
G
G
AATTC
CTTAA
G
DNA ligase 连接
.
第一章 绪论
二. 分子生物学发展简史
➢1981年, Palmiter和Brinster 获得转基小鼠, Spradliing和Rubin得到转基因果蝇。
➢1982年, 美、英批准使用第一例基因工程药物—胰岛素。 ➢1983年, 获得第一例转基因植物。 ➢1994年, 第一批基因工程西红柿在美国上市。 ➢1996年, 完成了酵母基因组(1.25107bp)全序列测定。 ➢1997年, 英国爱丁堡罗斯林研究所获得克隆羊。 ➢2000年, 完成第一个高等植物拟南芥的全序列测定
(3.2 108bp)。 ➢2001年, 完成人类基因组全序列测定(3.5 109bp)。
.
第一章 绪论
二. 分子生物学发展简史
➢ 2002年, 英、美、德等国的上百位科学家在《Nature》 杂志上联合宣布他们成功破译了小鼠的基因组。
➢ 2004年，《科学》杂志发表了中国科学家的《家蚕基因组框 架图》。
1. 分子生物学的基本原理 （p 11)
(1) 构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中 都是相同的。
(2) 生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规 则。
(3) 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定 了它的属性。
.
例1:
EcoR I
SV40病毒DNA
5’ 3’
GCSTAVTAAT4AT0GC
噬菌体DNA
5’
GAATTC
3’
CTTAAG
切割
G
AATTC
CTTAA
G
G
AATTC
CTTAA
G
DNA ligase 连接
.
第一章 绪论
二. 分子生物学发展简史
➢1981年, Palmiter和Brinster 获得转基小鼠, Spradliing和Rubin得到转基因果蝇。
➢1982年, 美、英批准使用第一例基因工程药物—胰岛素。 ➢1983年, 获得第一例转基因植物。 ➢1994年, 第一批基因工程西红柿在美国上市。 ➢1996年, 完成了酵母基因组(1.25107bp)全序列测定。 ➢1997年, 英国爱丁堡罗斯林研究所获得克隆羊。 ➢2000年, 完成第一个高等植物拟南芥的全序列测定
(3.2 108bp)。 ➢2001年, 完成人类基因组全序列测定(3.5 109bp)。
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第一章 绪论
二. 分子生物学发展简史
➢ 2002年, 英、美、德等国的上百位科学家在《Nature》 杂志上联合宣布他们成功破译了小鼠的基因组。
➢ 2004年，《科学》杂志发表了中国科学家的《家蚕基因组框 架图》。
1. 分子生物学的基本原理 （p 11)
(1) 构成生物体各类有机大分子的单体在不同生物中 都是相同的。
(2) 生物体内一切有机大分子的建成都遵循共同的规 则。
(3) 某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定 了它的属性。
现代分子生物学(课堂PPT)
Frederick Sanger
酶法核苷酸测 序的设计者
Walter Gilbert 化学测序法的设计者
Paul Berg
DNA重组，在细菌中表 达胰岛素
DNA重组技术的元老
测定了牛胰岛素的化学结构而获 1958 年的 Nobel 化学奖
25
1984 Kohler（德） Milstein（美） Jerne（丹麦）
15
2、 重要机制的发现 * 1949 Chargaff 测定出不同来源的A、T、G、 C 四种核酸碱基 * 1950 Chargaff Markham A=T G=C * 1953 Watson ＆Crick DNA Double Helix Model
随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的解析开始了分 子生物学时代,此后对遗传信息的载体DNA和生物功能的体现者 蛋白质的研究的研究也成为生命科学研究的主要内容
Francis Jacob Jacques Monod 提出并证实了Operon作为调节细菌细 胞代谢的分子机制 首次提出mRNA分子的存在
22
1969 Nirenberg（美） Holly ＆ Khorana
Marshall W. Nirenberg
破译了遗传密码
Robert W. Holley 酵母Ala-tRNA的 核苷酸序列并证 明了所有tRNA三 级结构的相似性
断裂基因（splitting gene） PCR仪的发明者 基因定点突变
1994 Gilman ＆ Rodbell 发现G蛋白在细胞信号传导中的作用
1995 Lewis（美）、Nusslein－Volhard（德）、Wieschaus（美） 20世纪40～70年代先后独立鉴定了控制果蝇（ Drosophila ） 体节发育基因