(发育生物学)第三章第四节一果蝇胚轴的特化与体轴的建立
03-6第三章 动物胚胎的早期发育6——果蝇胚轴形成
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母源性Bicoid蛋白控制hunchback的表达
4
二、果蝇前-后轴的形成
到末端区域以外，保证tor基因只 在末端区域活化。
二、果蝇前-后轴的形成
¾ TOR与配体结合后，引起自身磷酸化，经一系列 信号传递，最终激活合子靶基因的表达。
¾ tor基因的活化可激活合子缺口基因hkb和tll在末 端区域的表达，这两个基因均编码转录调节因子， 进一步调节其他基因的表达。
35
36
6
末端系统：Torso信号途径
子的极性。 ¾ 调节果蝇胚胎前-后轴的形成有4个重要的形态发
生素： 9 Biciod（BCD）和Hunchback（HB）——前端 9 Nanos（NOS）和Caudal（CDL）——后端
14
二、果蝇前-后轴的形成
¾ 形态发生素调节首先表达合子基因——缺口基因 （gap gene），缺口基因表达区呈带状，带宽 约相当于3个体节的宽度，不同缺口基因的表达 区之间有部分重叠；
前端原头区和后端尾节的缺失。
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二、果蝇前-后轴的形成
¾ 在末端系统中起关键作用的是torso（tor）基因。 9 失活突变体：缺失原
头区和尾节； 9 显性突变体：中部区
域（头、胸、腹）的 分节缺失，而末端结 构增大。
失活突变体
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二、果蝇前-后轴的形成
¾ tor基因编码一种跨膜受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK），在整个合胞体胚胎的表 面表达，其NH2-位于细胞膜外，COOH-位于细胞膜 内。
4 果蝇躯体模式建立的机制
Developmental Biology
Nanos和Caudal蛋白梯度控制后区结构 3. Nanos和Caudal蛋白梯度控制后区结构 nanos
Nanos决定后部区的发育,它在受精后形成P-A浓度梯度,其作用是与 决定后部区的发育,它在受精后形成 - 浓度梯度 浓度梯度, 决定后部区的发育 hunchback mRNA结合,阻止后者在后区的翻译,帮助形成 结合, 蛋白梯度. 结合 阻止后者在后区的翻译,帮助形成Hunchback蛋白梯度. 蛋白梯度
Developmental Biology
Developmental Biology
GAP 基 因 突 变 体
Developmental Biology
母体bicoid蛋白激活合子 蛋白激活合子hunchback的表达,hunchback 的表达, 母体 蛋白激活合子 的表达 蛋白再为其它Gap基因的表达提供位置信息 蛋白再为其它 基因的表达提供位置信息
Developmental Biology
Gap基因的表达使胚胎沿AP轴线区域 基因的表达使胚胎沿AP轴线区域化 3. Gap基因的表达使胚胎沿AP轴线区域化
Gap基因是指那些在受精后最早沿 轴线呈区域 基因是指那些在受精后最早沿 轴线呈区域 基因是指那些在受精后最早沿AP轴线 表达的合子基因. 性表达的合子基因. Gap基因的表达特性: 基因的表达特性 基因的表达特 (1). 都编码转录因子; 都编码转录因子; (2). 都在多核胚期开始表达; 都在多核胚期开始表达; (3). 其产物的半衰期一般较短,仅数分钟,因而它们的 其产物的半衰期一般较短,仅数分钟, 扩散距离较短; 扩散距离较短; (4). 其表达局限在一定的区域,其突变会导致胚胎在该 其表达局限在一定的区域, 区域及附近区域的缺失. 区域及附近区域的缺失.
第四章(二)胚轴形成
bcd mRNA在受精 mRNA在受精
后迅速翻译， 后迅速翻译，形 BCD蛋白从前 成BCD蛋白从前 到后的梯度。 到后的梯度。 突变型的BCD均 突变型的BCD均 BCD 匀分布， 匀分布，不能形 成前后浓度梯度。 成前后浓度梯度。
• 不同靶基因的启动子与 不同靶基因的启动子与BCD蛋白具有不同 蛋白具有不同 的亲和力， 的亲和力，BCD蛋白的浓度梯度可以同时 蛋白的浓度梯度可以同时 特异性地启动不同基因的表达， 特异性地启动不同基因的表达，从而将胚 胎划分为不同的区域。 胎划分为不同的区域。 • Hb、btd、ems和otd基因也是 、 和 基因也是BCD蛋白的靶 蛋白的靶 基因也是 基因。 基因。
hunchback又可开启一些缺 又可开启一些缺 母体效应基因hunchback（hb） 母体效应基因 口基因如giant、krüppel （、 ） 口基因如giant 和knips 母源性Bicoid蛋白控制合子型基因 等基因的表达。 蛋白控制合子型基因hunchback 的表达 母源性 蛋白控制合子型基因 等基因的表达。 • hb基因是在卵子发生过程中转录的母体效应基因， 基因是在卵子发生过程中转录的母体效应基因， 基因是在卵子发生过程中转录的母体效应基因
四种形态发生素在果蝇受精卵和胚 胎中沿前后轴分布的浓度变化
母源性基因caudal（cdl） 母源性基因
• 另一个重要的母源性产物 另一个重要的母源性产物caudal（cdl）mRNA最 最 初也是均匀分布于整个卵质内， 初也是均匀分布于整个卵质内，BCD能抑制 能抑制cdl mRNA的翻译。 的翻译。 的翻译 • 在BCD活性从前到后降低的浓度梯度作用下形成 活性从前到后降低的浓度梯度作用下形成 CDL蛋白从后到前降低的浓度梯度。 蛋白从后到前降低的浓度梯度。 蛋白从后到前降低的浓度梯度 • cdl基因的突变导致腹部体节发育不正常。 基因的突变导致腹部体节发育不正常。 基因的突变导致腹部体节发育不正常
果蝇胚轴发育的机制
果蝇胚轴发育的机制一、果蝇胚胎的极性果蝇早期胚轴形成涉及一个由母性影响基因产物构成的位置信息网络。
在这个网络中, 一定浓度的特异性母源性RNA 和蛋白质沿前- 后轴和背- 腹轴的不同区域分布, 以激活胚胎基因组的程序。
有4 组母性影响基因与果蝇胚轴形成有关, 其中3 组与胚胎前- 后轴的决定有关, 即前端系统( anterior system) 决定头胸部分节的区域, 后端系统( posterior system) 决定分节的腹部, 末端系统( terminal system) 决定胚胎两端不分节的原头区和尾节, 另一组基因决定胚胎的背- 腹轴, 即背腹系统( dorsovent ral system)。
控制发育的三类基因：1、母体效应基因2、影响身体分节的基因3、影响体节一致性的基因----同源异形框基因。
缺口基因表达区带宽大约相当于3个体节，其翻译的蛋白质以浓度效应调控成对控制基因（pair—rule genes）的表达。
成对控制基因为与前—后轴垂直的7条表达带，其翻译的蛋白质可激活体节极性基因（segment polarity genes）的转录。
体节极性基因的表达产物再进一步将胚胎划分成为14个体节。
同源异型基因的表达产物决定每个体节的发育命运果蝇胚胎的极性2.果蝇前—后轴（A－P）的形成1）前端系统：对于调节胚胎前- 后轴的形成有4 个非常重要的形态发生素: BICOID ( BCD ) 和HUNCHBACK( HB)调节胚胎前端结构的形成,NANOS( NOS) 和CAUDAL ( CDL ) 调节胚胎后端结构的形成。
Bicoid是控制头胸发育的一个关键母体效应基因，其不同浓度开启不同合子基因的表达。
在未受精卵中，bicoid mRNA定位在胞质前端；其受精后翻译出的蛋白质沿AP轴扩散，形成浓度梯度，为胚胎的后续分化提供位置信息。
bcd基因编码的BCD蛋白是一种转录调节因子，可与DNA 特异性结合并激活合子靶基因的表达。
(发育生物学)第三章第四节一果蝇胚轴的特化与体轴的建立
激活的Spätzle蛋白与Toll受体结合
有活性的Toll激
活Tube和Pelle 使Cactus蛋白磷酸化，降解
Dorsal蛋白进入细胞核中，使得该处的细胞变成腹面化的
形态
Dorsal蛋 白含量少
Dorsal蛋 白含量多
zen and dpp
twist and rhomboid twist and snail
在原肠作用过程中, 腹部中胚层分泌 BMP2B 诱导腹部和侧面的中胚层及 表皮的分化。
背部中胚层分泌 Chordino等因子， 阻止 BMP2B ，使中胚层和外胚层背 部化。
The fish Nieukoop center
斑马鱼中，在未来胚盾下 面的部分卵黄合胞体的核
中聚集有 β-catenin， 可被看作是为鱼类的 Nieukoop center。
and
Mangold
本身的内陷 (1924)：
蝾螈胚胎
移植实验
脊索
神经管
两栖类背唇（dorsal blastopore lip）：组织 者(organizer)
具有专一的区域性：一部分诱导者只能诱导出一定的区域。
原肠最前端部分诱导形成平衡器和口器的 一部分.
原肠第二段诱导形成平衡器、眼和前脑.
原肠第三段诱导形成头后部、中脑和听泡.
2、前后轴的特化
胚胎诱导(embryonic induction)
一部分细胞对其相邻的细胞产生影响， 指导或允许邻近细胞采取一个特定的 发育途径。
发出信号，产生影响的一部分细胞或组织，称 为诱导者。
接受信号从而进行分化的细胞或组织称为感应 者。
背唇
神经管 脊索
后来的内陷
本身的内陷
囊胚腔
果蝇体轴形成的分子机制果蝇的卵、胚胎、幼虫、成虫都有明确的前后和
果蝇体轴形成的分子机制果蝇的卵、胚胎、幼虫、成虫都有明确的前后和背腹轴，在果蝇最初的发育中，由母源效应基因及其编码蛋白构成位置信息的基本网络，激活合子基因的表达，控制果蝇躯体模式的建立。
1、果蝇胚胎的极性果蝇早期胚轴形成设计由母源效应产物构成的位置信息网络，其中有3组与前-后轴形成有关，为前端系统；1组决定胚胎的背腹轴，即后端系统；还有一组决定背腹轴形成。
2、果蝇前-后轴的形成在果蝇前-后轴的形成中，有四个非常重要的形态发生素：Biociod(BCD)和Hunchback(HB)调节胚胎前端结构的形成；Nanos(NOS)和Candal(CDL)调节胚胎后端结构的形成。
1）前端组织中心： BCD蛋白浓度梯度前端系统至少包括4个主要的基因，其中起关键作用的是BCD，bcd是一种母源效应基因，在卵子发生时，bcd mRNA于滋养细胞中转录，再转运至卵子中并定位于卵子前极。
受精后迅速翻译，BCD具有决定胚胎极性和组织空间图示的功能。
受精后BCD蛋白在前端积累并向后端弥散，形成从前向后稳定的浓度梯度，主要覆盖胚胎前2/3区域。
bcd 基因也是同源异型框基因，BCD蛋白是一种转录调节因子，可与DNA特异性结合并激活合子靶基因的表达。
BCD蛋白浓度梯度可以同时特意新启动不同基因的表达，从而将胚胎划分为不同的区域。
2）后端组织中心：Nanos蛋白和Candal蛋白浓度梯度后端系统在控制图式形成中起到作用与前端系统相似。
决定胚胎后端的最初信息也是母源效应基因转录产物，在卵子发生过程中，后端决定子Nanos(NOS)的mRNA在卵室前端的滋养细胞中转录，通过转运定位到卵子后极，在成熟卵中定位于生殖质。
后端系统是通过抑制转录因子HB的翻译起作用，该系统包括约10个基因，这些基因都是腹部图示形成所必须的基因。
NOS活性从后端向前弥散形成浓度梯度，在胚胎后部抑制hb mRNA的翻译。
HB蛋白的分布区域主要位于胚胎前半部分。
胚轴形成获奖课件
twist和dpp等基因旳激活解读dorsal蛋白旳浓度梯度
Dorsal蛋白旳功能
果蝇核蛋白dorsal沿背 • D沿L背蛋-腹白轴旳产浓生度区梯域度特经异过性对旳下位游腹置靶轴信基旳息因梯。旳度调控指，导控身制体 • 这种浓度梯度可活化腹侧组织分中为合子不基同因部tw分is进t （行tw发i）
和snail （sna）旳体现，用于中育胚旳层模分型化和原肠胚旳
形成，指导腹部构造旳发育；
• 同步克制腹部其他基因如dpp和zen基因旳体现，使其 只能在胚胎背侧体现，指导背部构造特化及其发育。
非洲爪蟾旳二、 两栖类胚轴旳建立
动轴1是-.植胚由物胎母极源动植物极轴旳决定-源于卵子
性•因两子栖决类定未受精卵沿动植物极存在一种极性，这 图示种母极源性性能够影响到将来卵裂旳方式。 旳•生未长受因精子卵旳极性是由沿动植物极分布旳母源性 VmgR-m1N基AR在因N爪旳A和蛋白质旳差别分布决定旳。 蟾•植爪物蟾极将旳来三个胚层旳区域划分在未受精卵就能 分布够。拟定。但胚胎旳前后轴、背腹轴和左右轴都
• 决定前后轴旳3组母体效应基因涉及： • 前端系统决定头胸部分节旳区域， • 后端系统决定分节旳腹部， • 末端系统决定胚胎两端不分节旳原头区和尾节。 • 另一组基因即背腹系统，决定胚胎旳背–腹轴。
胞质极性 (母体效应)
形态发生素
缺口基因(gap gene)
成对控制基因 (pair-rule gene)
母体效应基因产物
• 起源：在卵子发生过程中，这些母体效应基因旳mRNA由滋养 细胞合成转运至卵子，定位于卵子旳一定区域。
• 作用方式：这些mRNA编码转录因子或翻译调控蛋白因子，受 精后立即翻译，分布于整个合胞体胚盘中，激活或克制某些合 子基因旳体现，调控果蝇胚轴旳形成。
果蝇胚胎发育和体轴形成的分子机制
果蝇胚胎发育和体轴形成的分子机制果蝇是一种十分常见的昆虫，它的胚胎期相当短暂，只需要不到两天的时间就能完成发育。
在这个过程中，许多重要的分子和信号通路都在起作用，对于了解发育和形态建成的分子机制具有重要意义。
本文将着重讨论果蝇胚胎发育和体轴形成的分子机制。
一、胚胎发育的基本过程果蝇的生命周期很短，在一般的实验室条件下，一只果蝇的寿命约为两个月。
雌性果蝇通常会在食物和水的混合物中产卵，大约在24小时内就会孵化。
在这之后的几天中，果蝇的发育非常迅速，逐渐从卵到幼虫，然后到成虫。
而在这个发育过程中，果蝇胚胎发育是非常关键的一步。
胚胎发育的过程可以分为五个连续的阶段。
第一阶段为卵细胞核形成，包括以交配卵产生的核和父母亲体细胞内孤雌生殖卵产生的核。
第二阶段是卵剖面形成，包括老二系统等。
通过定期锯切进行紧密环绕，则表明胚胎发展正常。
长时间僵滞不进则可能会在胚胎发展的后期出现显著的异常。
第三阶段是胚胎心脏形成，包括神经脑、背板神经织物、翼的最初生长和原胚内的胚芽形成。
第四阶段胚胎形成，则大半是身体器官、肌肉、皮肤等的形成。
卵子在此时分化为头部，胸部和腹部。
第五阶段是成虫形成，也就是最后的阶段。
它涉及更广泛的组织分化，包括瓢虫和蜜蜂等其他昆虫几乎都会经历的阶段。
以上这些阶段综合起来，构成了果蝇胚胎发育过程中的基本过程。
接下来我们将要探究果蝇胚胎形态的建立和维持所涉及的分子机制。
二、体轴形成的分子机制在果蝇发育的过程当中，体轴形成似乎是整个过程中最显著的阶段之一。
而体轴形成涉及到许多基因和信号通路的调控。
1. Wnt信号通路Wnt信号通路是胚胎发育中非常重要的一个通路。
Wnt分子在体轴形成中具有特殊作用，因为它们能够影响Dorsal基因的表达。
Dorsal基因在果蝇胚胎发育中发挥着严格的调控作用，在形成体胚层时非常重要。
Wnt拮抗剂能够使得胚胎中Dorsal基因表达出现异常，从而导致体轴形成不良。
2. Hedgehog信号通路Hedgehog信号通路也是在胚胎发育中重要的信号通路。
《发育生物学》课后习题答案
《发育生物学》课后习题答案《发育生物学》课后习题答案绪论1、发育生物学的定义，研究对象和研究任务？答：定义：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。
研究对象：主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。
同时还研究生物种群系统发生的机制。
2、多细胞个体发育的两大功能？答：1.产生细胞多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的时空特异性；2.保证世代交替和生命的连续。
3、书中所讲爪蟾个体发育中的一系列概念？答：受精：精子和卵子融合的过程称为受精。
卵裂：受精后受精卵立即开始一系列迅速的有丝分裂，分裂成许多小细胞即分裂球，这个过程称为卵裂。
囊胚：卵裂后期，由分裂球聚集构成的圆球形囊泡状胚胎称为囊胚。
图式形成：胚胎细胞形成不同组织，器官和构成有序空间结构的过程胚轴：指从胚胎前端到后端之间的前后轴和背侧到腹侧之间的背腹轴4、模式生物的共性特征？答：a.其生理特征能够代表生物界的某一大类群；b.容易获得并易于在实验室内饲养繁殖；c.容易进行试验操作，特别是遗传学分析。
5、所讲每种发育生物学模式生物的特点，优势及其应用？答：a.两粞类——非洲爪蟾取卵方便，可常年取卵，卵母细胞体积大、数量多，易于显微操作。
应用：最早使用的模式生物，卵子和胚胎对早期发育生物学的发展有举足轻重的作用。
b.鱼类——斑马鱼受精卵较大，发育前期无色素表达，性成熟周期短、遗传背景清楚。
优势：a,世代周期短；b,胚胎透明，易于观察。
应用：大规模遗传突变筛选。
c.鸟类——鸡胚胎发育过程与哺乳动物更加接近，且鸡胚在体外发育相对于哺乳动物更容易进行试验研究。
应用：研究肢、体节等器官发育机制。
d.哺乳动物——小鼠特点及优势：繁殖快、饲养管理费用低，胚胎发育过程与人接近，遗传学背景较清楚。
应用：作为很多人类疾病的动物模型。
e.无脊椎动物果蝇：繁殖迅速，染色体巨大且易于进行基因定位。
酵母：单细胞动物，容易控制其生长，能方便的控制单倍体和二倍体间的相互转换，与哺乳动物编码蛋白的基因有高度同源性。
发育生物学胚轴的特化与体轴的建立
• 母体基因：在卵子发生过程中表达，并在 卵子发生及早期胚胎发育中具有特定功能 的基因 • 合子基因（zygotic gene） 受精卵在 胚胎发育过程中表达的基因称为合子基因 ，受母体基因产物的激活。合子基因的表 达是胚胎模式形成的开端。合子基因分为 若干组，表达顺序有先有后，它们之间有 着严密的连锁关系，协调有序地调控着胚 胎发育的模式形成。
一、果蝇前 – 后轴的形成
1. 果蝇前后极性的产生
• 果蝇的胚胎，幼虫、成体的前后极性均来源 于卵子的极性。 • 调节胚胎前 – 后轴的形成有4个重要基因：
BICOID(BCD)、HUNCHBACK(HB) 调节胚胎 前端结构的形成； NANOS(NOS)、CAUDAL(CDL)调节胚胎后端 结构的形成。
Torso系统基因的失活会导致胚胎不分节的部分，即前 端原头区和后端尾节，缺失
卵膜表面Torso的激活决定胚胎AP轴的两个端点
Torso蛋白为酪氨酸激酶类受体。 未受精前，torso已均匀地分 布在卵的质膜上。但其配体 torsolike定位在两端的卵黄膜 (vitelline membrane)上，不能与 torso结合。 受精时，torsolike得以释放， torsolike与torso结合, torso活化， 启动信号传导。 Torsolike蛋白的存在量很低， 受精后其扩散距离有限。其突变 体类似torso突变体。
2.果蝇前 – 后轴的形成方式
bcd mRNA由滋养细胞合成，后转移至卵细胞中并定 位于卵细胞的前极。
bcd mRNA在 受精后迅速翻 译，形成BCD 蛋白从前到后 的梯度。突变 型的BCD均匀 分布，不能形 成前后浓度梯 度
Bicoid基因提供A－P轴线形态素梯度
Bicoid编码一 种转录因子。 其突变体缺失 头胸结构，原 头区由尾区取 代。
果蝇的胚胎发育(PPT文档)
3. 后端组织中心：
NANOS蛋白和CAUDAL蛋白浓度梯度
后端系统包括约10个基因，这些基因的突 变都会导致胚胎腹部的缺失。在这一系统
缺口基因、成对控制基因以及体节极性基 因共同调节同源异型基因（homeotic gene） 的表达，决定每个体节的发育命运。
2. 前端组织中心
BICOID（BCD）蛋白浓度梯度
前端系统至少包括4个主要基因，其中bicoid
（bcd）基因对于前端结构的决定起关键的作
用。BCD具有组织和决定胚胎极性与空间图 式的功能。
如果前端和后端系统都失活，果蝇胚胎仍 可产生某些前后图式，形成具有两个尾节 的胚胎。
Torso系统基因的失活会导致胚胎不分节的部分，即前 端原头区和后端尾节，缺失
三、果蝇背 – 腹轴的形成
与果蝇胚轴形成有关的4组母体效应基因中， 背–腹系统最为复杂，涉及约20个基因。其
中dorsal（dl）等基因的突变会导致胚胎背
现已筛选到与胚胎前后轴和背腹轴形成有 关的约50个母体效应基因（maternal effect gene）和120个合子基因（zygotic gene）。 目前，对果蝇胚轴形成的调控机制已有了 一个较为清晰的认识。
在果蝇最初的发育中，由母体效应基因构 建位置信息的基本网络，激活合子基因的 表达，控制果蝇形体模式的建立。
在动物胚胎发育中，最初的图式形成主要 涉及胚轴（embryonic axes）形成及其一系 列相关的细胞分化过程。胚轴指胚胎的前 －后轴（anterior -posterior axes）和背 – 腹 轴（dorsal -ventral axis）。
4 body plan
Nanos控制hunchback mRNA翻译的机制
A－P轴线形成模式
Hunchback：母体mRNA在卵中均匀分布，受精后前区高浓度的Bicoid蛋白激活合子 hunchback基因的表达，从而帮助形成Hunchback蛋白浓度梯度。
Caudal: 母体mRNA在卵中均匀分布，受精后Bicoid蛋白抑制其在前区的表达，而 Caudal蛋白形成类似于nanos的浓度梯度。
2. Bicoid基因提供A－P轴线形态素梯度
Bicoid编码一 种转录因子。 其突变体缺失 头胸结构，原 头区由尾区取 代。
Bicoid mRNA和蛋白质的分布
在未受精卵中，bicoid mRNA定位在胞质前端；其受 精后翻译出的蛋白质沿AP轴 扩散，形成浓度梯度，为胚胎 的后续分化提供位置信息。
eve
ftz
Pair-rule基因的突变导致胚胎缺失相应的区域
2. Pair-rule
由
不
同 的 调 控 区 控 制
基 因 的 不 同 表 达
横
纹
Pair-rule基因的每个表达横纹由一组Gap转录因子控制
Pair-rule基因表达 的间隔性重复，无 法通过单一浓度梯 度来控制，而是由 多个转录因子来控 制。例如， Evenskipped在第三类体 节中的表达受 bicoid和hunchback的激活，而受 giant和kuppel的抑 制。
哺 乳 动 物 的 基 因
Hox
Engrailed的表达受高浓度fushi tarazu和even-skipped的激活
体节边界的维持
机制：pair-rule基
因的表达时间较短， 不足以维持体节极 性基因的长期表达， 后者必须依赖于另 外的机制。
胚轴的特化与体轴的建立-PPT
BCD具有组织和决定胚胎极性与空间图式得 功能
bcd mRNA 3’末端非翻译区中含有与其定位有关得序列。
受精后bcd mRNA迅速翻译,BCD蛋白在前端累积并向后端弥
散,形成从前向后稳定得浓度梯度,主要覆盖胚胎前2/3区 域。
母源性基因bicoid mRNA
在卵子中得分布以及受 精后biocoid蛋白得浓度 梯度。
DL蛋白得浓度梯度通过对下游靶基因得调控,控制沿背-腹 轴产生区域特异性得位置信息。这种浓度梯度在腹侧组织
中可活化合子基因twist (twi)和snail (sna)得表达,同 时抑制dpp和zen基因得表达,进而指导腹部结构得发育。 dpp和zen基因在胚胎背侧表达,指导背部结构得发育。
Toll蛋白得活化导致沿背腹轴方向细胞核之间dorsal蛋白梯度得形成。
胚轴的特化与体轴的建立
爪蟾尾芽期胚胎得前后轴、背腹轴和左右轴(中侧轴),互成垂直角度。
一、果蝇胚轴得形成
现已筛选到与胚胎前后轴和背腹轴形成有关得约50个母 体效应基因(maternal effect gene)和120个合子基因 (zygotic gene)。通过对这些基因得研究,我们对果蝇 胚轴形成得调控机制已有了一个较为清晰得认识。
果蝇早期胚轴形成涉及一个由母体效应基因产物构成得 位置信息网络。在这个网络中,一定浓度得特异性母源 性RNA和蛋白质沿前 – 后轴和背 – 腹轴得不同区域 分布,以激活胚胎基因组得程序。
有4组母体效应基因与果蝇胚轴形成有关,其中3组与胚 胎前 – 后轴得决定有关,另一组基因决定胚胎得背腹 轴。
btd、ems和otd基因很可能也就是BCD蛋白得靶基
因。
后端组织中心
后端系统包括约10个基因,这些基因得突变都会导致胚胎
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在卵子发生中期，Torpedo蛋白接收到Gurken蛋白的信 号，抑制Pipe的合成，滤泡分化为背面形态；
Gurken蛋白离腹面较远，无法扩散到腹面，腹面滤泡细
胞中合成Pipe
激活Nudal
Nudal和未知因子x协同作用，把Gastrulation-defective （Gd）蛋白断裂开 Snake蛋白断裂 Easter蛋白 切断 Spätzle蛋白切开。
Caudal蛋白从后向前浓度逐渐降低。
第3套母源性基因调控胚胎前后两端非体节 的端部（原头区和尾部）的发育。
Torso蛋白(受体)均匀 分布于卵质膜。
但仅被位于卵母细胞两 端的滤泡细胞所激活， 该激活因子可能是
Torso-like protein （配体）。
TORSO的活性打开了 酪氨酸受体激酶的通路， 在卵子两端产生的这些 基因产物在胚胎中向细 胞质弥散，在Bicoid的 共同作用下，前端形成 了原头区，后端形成了 尾部。
and
Mangold
本身的内陷 (1924)：
蝾螈胚胎
移植实验
脊索
神经管
两栖类背唇（dorsal blastopore lip）：组织 者(organizer)
具有专一的区域性：一部分诱导者只能诱导出一定的区域。
原肠最前端部分诱导形成平衡器和口器的 一部分.
原肠第二段诱导形成平衡器、眼和前脑.
原肠第三段诱导形成头后部、中脑和听泡.
原肠最后段诱导形成躯干和尾部体节.
No
Chordin,Noggin, Follistatin
Image
Cerberus,Frzb, Dickkopf
Head inducers: ILGFs
(1) BMP抑制子（Chordin等）：阻止腹侧面 中胚层和腹侧面内胚层的形成。
(2) Wnt inhibitors（Frzb等）所在区域在胰 岛素样生长因子信号诱导下允许头部结构 的形成端
早期卵裂期胚胎中的蛋白质
浓 度
前端
后端
在早期胚胎中，形成了四种母源 性蛋白的浓度梯度:
Biocoid蛋白从前向后浓度逐渐降低，可以 同时特异性地启动不同基因的表达；
Hunchback蛋白从前向后浓度逐渐降低；
Nanos蛋白从后向前浓度逐渐降低，对hb和 bcd基因表达起抑制作用；
激活的Spätzle蛋白与Toll受体结合
有活性的Toll激
活Tube和Pelle 使Cactus蛋白磷酸化，降解
Dorsal蛋白进入细胞核中，使得该处的细胞变成腹面化的
形态
Dorsal蛋 白含量少
Dorsal蛋 白含量多
zen and dpp
No Imagetwist and rhomboid
2、前后轴的特化
胚胎诱导(embryonic induction)
一部分细胞对其相邻的细胞产生影响， 指导或允许邻近细胞采取一个特定的 发育途径。
发出信号，产生影响的一部分细胞或组织，称 为诱导者。
接受信号从而进行分化的细胞或组织称为感应 者。
背唇
神经管 脊索
后来的内陷
本身的内陷
囊胚腔
Speman
twist and snail
侧面观
羊浆膜 背面外胚层
背面
腹面
横切面
前端
后端
末端
背腹
二、两栖类的胚轴决定
1、背腹轴的形成
囊胚期最背面的植物极细胞
能够诱导产生组织者，因而 称为“Nieukoop中心”
Dishevelled protein (Dsh) ; Glycogen synthase kinase 3 (GSK3); β-catenin
母源性基 因系统突 变后产生 的结果 。
果蝇形体模式建成过 程中沿前后轴不同层 次基因内的表达。
2. 背腹轴的形成
（A）
（B）
背面细胞命运
核
卵母 细胞
滋养细胞
NoPipe蛋白合 成被抑制
滤泡细胞 核
Image 卵母
细胞
无信号到腹面
合成
腹部细胞命运
腹面滤泡细胞
卵母细胞核移至卵母细胞的背面前端，它将gurken mRNA定位在那里，翻译成蛋白质。
Xnrs蛋白的梯度特化了不同的中胚层：
极少或没有Xnrs蛋白的区域含有高水平的 BMP4 and Xwnt8，它们将变为腹面中胚层 （ventral mesoderm）；
含有中等浓度Xnrs蛋白的区域变为侧面的中 胚层；
含高浓度Xnrs蛋白的区域，goosecoid gene 和其它 背部中胚层基因激活，中胚层 组织变为组织者(背面中胚层)。
β-catenin 和 TGF- β proteins (Xnrs) 相互作用诱导中胚层的产 生
囊胚晚期，Vg1 and VegT 位于植物 半球，而β-catenin 位于背部。
β-catenin 和 Vg1 and VegT 协同作 用，激活Nodal-related (Xnr) genes, 从而在内胚层形成了一个Xnrs蛋白 （Derriere, activin）的浓度梯度，背 部的中胚层浓度最高。
Tcf-3
卵裂时， β-catenin进入细胞核，与 Tcf3结合形成转录因子，激活 Siamois and Twin基因。
Siamois and Twin与TGF-β途径激活 的转录因子（Vg1, Nodal, activin） 相互作用，激活组织者区域的 goosecoid基因。
No Image
受精导致Dsh 位置改变
腹面的 GSK-3降解
β-catenin
背部的Dsh 抑制GSK-3
Dsh位于 胚胎背部
goosecoid
dsh vesicles
GSK3
inhibited
β-catenin
stabalized Tcf3
Siamois
Nucleus
Wnt 途径
Dsh能够抑制GSK3的活性，从而使得胚胎背部的β-catenin稳 定存在，进而激活背部化基因。
第三章 早期胚胎发育
第四节 胚轴的特化与体轴的建立
胚胎不但要产生不同类型的细胞（细胞分化）， 而且要由这些细胞构成功能性的组织和器官并 形成有序空间结构的形体模式。
胚胎细胞形成不同组织、器官，构成有序空间 结构的过程称为图式形成（pattern formation）。
在动物胚胎发育中，最初的图式形成主要涉及 胚轴（embryonic axes）形成及其一系列相关 的细胞分化过程。