遗传学第六章 基因与发育

的细胞发生变化乃至死亡。这是防止细 菌在细胞中增殖和传播的一种防御保护 机制。这是一种重要的植物免疫机制。
可使神经元与受其刺激的靶细胞在 数量上保持平衡。
•
动物，如两栖类的青蛙，当蝌蚪变成为
青蛙时，构成尾巴的细胞就进入程序性
死亡而使尾巴脱落。
4、调控细胞凋亡的主要基因
• 生理性的细胞死亡与基因表达密切相关。 • 细胞的死亡总是发生在确定的发育阶段和确定的细胞。
• 首先是在內部一定的部位发生细胞质浓缩，水 分剩下不到40﹪，然后再形成多层厚膜。
• 芽孢核心含有DNA、RNA蛋白质和酵素。外层則 依次包括內膜、芽孢壁、皮质层、外膜、芽孢 壳和芽孢外壁，不具通透性。有时芽孢可抵抗 150℃干热灭菌一小时。
• 形成芽孢也是有相关基因调控的（σ因子决定 一组基因的表达 ） 。
• 科学家们发现，在脊椎动物和非 脊椎动物的正常发育过程中都存 在细胞正常死亡的现象，这些细 胞的死亡都伴随着一系列的形态 改变，不对周边细胞产生影响。
2002年诺贝尔生理学或医学奖
四、细胞编程性死亡与细胞凋亡
1、细胞编程性死亡（programmed cell death,PCD）多细
胞生物的一些细胞在发育中不再为生物体所需或受到损伤时， 会激活遗传控制的自杀机制死亡。这种自我毁灭的死亡称为 细胞编程性死亡。
形成或自身免疫性疾病。
成了输送液体的管道，使植株得以生长。
• 本该不进入死亡程序的细胞发生死 • 在植物发育过程中有一种超敏反应，细 亡，引起中风或老年性痴呆等疾病。 菌感染时，不仅杀死自身，而且使周围
• 许多种类型的神经元，有一半会在 发育过程中进入细胞程序性死亡。 消除在错误部位生长的神经元，也
• 线虫细胞程序性死亡至少有14个基因起作用
• 这些基因被命名为ced基因。
• ced－3和ced－4使细胞进入 程序性死亡，当这2个基因中 有一个发生突变时，可使细 胞不出现程序性死亡；
• ced－9的作用正好相反，是 细胞死亡的负调控基因，只 有当它发生突变丧失原有功 能时，才是致死的。
第三节 早期胚胎发育
2、细胞凋亡（apoptosis）是编程性死亡的一种方式。是一种
参与了生物体许多过程的细胞去除机制，是由基因编 程调控的 细胞主动自杀过程。 生物体通过这种机制完成对衰老细胞和畸形细胞的清除。
3、细胞编程性死亡的意义
（1）发育中具有重要作用 （2）是一种细胞的利他性死亡
• 本该死亡的基因不死亡，导致癌的 • 高等植物的木质部细胞程序性死亡，构
Leabharlann Baidu
第二节 基因在细胞分化和细胞决定中的作用
细胞分化的多样性功能
细胞分化
个体 发育
形态建成 生长
生命的延续性功能
性别分化
繁殖
• 细胞分化 ：是指多细胞生物在由一
个细胞分裂而来的子细胞群体内， 产生出形态上和功能上具有质的差 别的两种类型以上的细胞的现象。
一、单细胞生物的细胞分化和发育的基因调控
• 芽孢：某些杆菌在发育到某一阶段时， 会在內部形成园形或卵形的芽孢，属于 细菌的休眠狀态。
特化（specification）：细胞或组织按照已经被决定的命运自 主地进行分化，形成特异性组织或细胞地过程。
例如：被决定命运的细胞，按照指令继续分化成特定的组织，形成体节，器 官等不同形态。
三、秀丽隐杆线虫的细胞特化
• 非常小而且是透明，便于观察 活的完整线虫的内部构造，并 且能直接观察线虫发育过程中 单个细胞的迁移、分裂以及死 亡，从而使人们能了解线虫发 育过程中各个细胞的命运。
• 卵裂产生的细胞称为卵裂球。
每种物种均有其特有的胚胎卵裂图式
果蝇
人类
三、胚层分化和干细胞
• 胚泡中分化出现：滋养层细胞；内细胞团
• 在8个卵裂球期，每个卵裂球 在生化、形态和发育潜能上都 没有差别，也就是在发育上是 全能的。
• 可是当卵裂球成团结合时，细 胞处在外层还是内层，会使以 后生成的卵裂球出现了不同的 生物学功能。处在外层的细胞 生成滋养层，而处在内层的细 胞则生成内细胞团而产生胚胎 （几个细胞？）。
• 成年线虫总共才1090个细胞, • 131个进入细胞编程性死亡， • 每条线虫只有959的体细胞。
英国约翰·苏尔斯顿、美国罗伯特·霍维茨：
（1）确定了线虫发育过程中每一个细胞的分裂和分化及其最终的 命运。
• P颗粒
• 不对称分裂
（2）细胞程序性死亡
• 131个进入细胞编程性死亡，将 这些细胞死亡解释为“细胞程序 性死亡”，并且仔细地描述了在 这一过程中细胞经历的变化。
二、多细胞生物的细胞分化和细胞决定
• 细胞定向（commitment）：决定和特化
决定（determination）: 早期胚胎期 间的全能或多能干细胞在基因的调控下， 确定了特定细胞的分化趋势，即指定了 这些细胞的分化命运。
例如：受精卵分裂成512个细胞时所有细胞已 经定位，并确定了特定细胞的形态建成等命运。
例如：
• 线虫在发育过程中，1090个体细胞中有131个注定要死亡；
• 线虫的第一期幼虫有6个外胚层生成区（ectoblast，V1-V6），其中V5负责 产生神经元突起：包括2个神经元，一个为产多巴胺的神经元（DN），另一 个为非产多巴胺的神经元（N）；以及2个辅助细胞，即鞘细胞（sheath cell，SH）和槽细胞（socket cell，SO），同时还有一个注定要死亡的细 胞（X）。
第六章 基因与发育
本章重点:
1. 基因表达与发育的关系 2. 同形异位现象和同形异位基因 3. 细胞的全能性 4. 性别决定
第一节 发育遗传学概论
从生物学角度来说，发育是高等生物从受精卵开始发育，经过 一系列细胞分裂和分化，产生新个体，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。
一、受精
卵原细胞
精原细胞
精母细胞 卵母细胞（1） 初级精母细胞（1）
1个成熟卵、2个极体 （包被在透明带里）。
次级精母细胞 精子（4）
• 受精：生物的雌雄配子（精子和卵）通过受精成为合子的过程。
二、卵裂
• 受精卵不断的快速分裂成较小的细胞, 叫卵裂。
• 第一次卵裂和第二次卵裂都是纵向分 裂，第三次分裂则是横向分裂，是不 均等的水平分裂，生成的8个卵裂球中， 上面的4个体积小，下面的4个体积大， 含有大量卵黄（yolk）颗粒。