第九章果蝇胚轴形成二
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
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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。
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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
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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。
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。
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。
果蝇前—后轴的形成PPT文档共34页
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
果蝇前—后轴的形成
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
果蝇胚轴的形成
分节基因与果蝇胚胎体节的形成
分节基因的功能是把早期胚胎沿前—后轴分为一 系列重复的体节原基。分节基因的突变可使胚胎 缺失某些体节或体节的某些部分。 分节基因的可分为三类：缺口基因、成对控制基 因和体节极性基因。 这三类基因的调控是逐级进行的，首先由母体效 应基因控制缺口基因的活化，其次缺口基因之间 互相调节彼此的转录并且共同调节成对控制基因 的表达，然后成对控制基因之间相互作用把胚体 分隔成为一系列重复的体节，并且进一步控制体 节极性基因的表达。缺口基因和成对控制基因再 共同调控同源异型基因的表达。
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 (dorsoventral system) 。
果蝇前 — 后轴的形成
A－P轴线由三类母体效应基因控制： 突变鉴定
果蝇胚胎的极性
胚胎躯体轴线的建立首先由母体效应基因决定
卵子发生中，母体效应基因的mRNA由滋养细胞 合成后迁移进卵子，分别定位于一定区域。这些 mRNA编码转录因子或翻译调控蛋白因子，它们 在受精后立即翻译且分布于合胞体胚盘中，激活 或抑制一些合子基因的表达，调控果蝇胚轴的形 成。 这些母体效应基因的蛋白质产物又称为形态发生 素（morphogen）
红色显示突变影响 的部位
Nature 424：935－938
Bicoid基因提供A－P轴线形态发生素梯度
为什么不 能完全恢 复？
Bicoid mRNA和蛋白质的分布
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。
探究果蝇的野外采集、培养和生活史
羊浆膜
原头
原尾
果蝇幼虫形成的体节与成体的关系
三、动手培养果蝇
培养果蝇的过程： 将一些水果如杨 梅、香蕉等放入 透明容器在，盖 上一层纱布，然 后将容器置于 20~25摄氏度的地 方，两天后就会 有果蝇出现了。
谢谢观赏
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1910年摩尔 根在研究果 蝇的过程中 发现果蝇翅 有几种变异。 有长翅和残 翅，其中， 长翅果蝇能 飞，而残翅 果蝇的翅很 小很小，不 能飞。
在实验室里摩尔根还发现了白眼和红眼果蝇
这些发现让摩尔根在遗传学上 做了很大的贡献。
二、果蝇的生活史
1、果蝇胚轴的形成
果蝇胚胎沿前－ 后轴分为头节、3 个胸节和8个腹节， 在幼虫的两末端 又特化为前面的 原头和后端的原 尾。沿背－腹轴 分化为4个区域， 分别为背侧外胚 层、腹侧外胚层、 中胚层和羊浆膜。
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一、果蝇的简介
果蝇（fruit fly）广泛地存在于全球温带及热带 气候区，其主食为腐烂的水果，因此在果园，菜 市场等地区内皆可见其踪迹。目前至少有1000个 以上的果蝇物种被发现，大部分的物种以腐烂的 水果或植物体为食，少部分则只取用真菌，树液 或花粉为其食物。
体型较小，身长3～ 4mm。近似种鉴定困 难，主要特征是具有 硕大的红色复眼。雌 性体长2.5毫米, 雄性较 之还要小。雄性有深 色后肢，可以此来与 雌性作区别。
果蝇胚胎发育与前-后轴
卵表面 纺锤体 分裂沟 星状体 细胞核 沟渠 微管
卵黄膜
表面卵裂
动画果蝇早期发育，自卵中央行核有丝分裂（无膜）， 核边移，细胞膜形成。
3、时间
• 核到达外围后，分裂所需的时间不断延长。第1-10个周期 平均每周期8min，第13周期（合胞体胚层的最后一个周 期）需要25min完成，第14次分裂才形成细胞。第14次分 裂是不同步的，有的细胞需要75分钟才能完成分裂，有的 细胞需要175分钟。
后轴和背-腹轴的细胞类型特化（the specification of cell types）
都是在一个多核细胞当中完成的。而且，前-后轴和背-腹轴的形 成是由卵细胞在母体当中的位置决定的，卵细胞和它周围的滤 泡细胞细胞共同作用所决定行成。海鞘和线虫当中，轴是由精 子进入的位点所决定。
During Drosophila development, however, cellular membranes do not form until after the thirteeth nuclear division. Prior to this time, all the nuclei share a common cytoplasm,and material can diffuse throughout the embryo.
Moreover, the initiation of the anterior-posterior and dorsalventral differences is controlled by the position of the egg within the mother's ovary. Whereas the sperm entry site may fix the axes in ascidians and nematodes, the fly's anteriorposterior and dorsal-ventral axes are specified by interactions between the egg and its surrounding follicle cells.
果蝇前—后轴的形成描述
• 后端系统在控制图式形成中起的作用与前端系统
有相似之处，但发挥作用的方式与前端系统不同。
• 后端系统并不像bcd蛋白那样起指导性的作用，不
能直接调节合子基因的表达，而是通过抑制一种 转录因子的翻译来进行调节。
• 在果蝇卵子发生过程中，nos mRNA定位于卵子后 极。nos基因的编码产物nos蛋白活性从后向前弥
• bicoid基因
对前端结构 的发育是必 需的
bcd mRNA 3’末端非翻译区
• bcd mRNA 3’末端非翻译区中含有与其定位有
关的序列。
• 受精后bcd mRNA迅速翻译，bcd蛋白在前端累积
并向后端弥散，形成从前向后稳定的浓度梯度， 主要覆盖胚胎前2/3区域。
• 母源性基因bicoid
母源性bcd蛋白控制合子型基因 hunchback 的表达
hunchback又可开启一 些缺口基因如giant、 krüppel和knips等基
因的表达。缺口基因 按一定顺序沿前后轴 进行表达 。
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
母源性基因系统突变后产生的结果
2.
前端组织中心
• 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 ：是一种母体效应基因，其mRNA由滋养细
胞合成，后转运至卵子并定位于预定胚胎的前 极。具有组织和决定胚胎极性与空间图式的功 能。
bcd mRNA由滋养细胞合成，后转移至
9.The genetics of axis specification in Drosophila
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）。
发育生物学复习题(最终版)
发育生物学复习题一、名词解释1 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2胞质定域：是指卵裂时,受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。
3形态发生素：携带决定细胞分化方向相关信息的可扩散的物质.形态发生素是决定细胞发育的基因表达产物，如果蝇中的合子基因。
4 自主特化：细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定的细胞定型方式。
通过胞质隔离实现.5渐进特化:细胞的定型分化依赖于周围的细胞或组织。
同一种细胞可能因在不同的细胞或组织环境中，命运不同；通过胚胎诱导实现。
6紧密化:紧密化是哺乳动物与其它类型卵裂之间最关键的区别.8细胞之前，分裂球之间结合比较松散，从8个卵裂球起，卵裂球开始重新排列。
8细胞之后突然紧密化，通过细胞连接形成致密的球体。
紧密化是哺乳动物发育中第一次分化（滋养层与内细胞团的分离)的外部条件.7卵裂：指受精卵开始有丝分裂并产生由较小的细胞构成的囊胚（blastula)的过程.8原肠作用：是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。
原肠形成期间，囊胚细胞彼此之间的位置发生变动,重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。
9原条：来自上胚层的中胚层细胞内移进入囊胚腔以及来自上胚层后端两侧细胞向中央迁移所导致胚胎的后端上胚层细胞的加厚处，随着加厚部分不断变窄，它不断向前运动，并收缩形成清晰的原条。
10 secondary sex determination:次级性别决定:是指性腺之外的身体表型的决定，即第二性征。
雄性的阴茎、精囊、前列腺；雌性的阴道、子宫颈、子宫、输卵管、乳腺和常有性别特异的个体大小、声带软骨和肌肉系统。
11 Primary sex determination：初级性别决定.指生殖腺发育为睾丸或卵巢的选择。
胚胎生殖腺的发育命运决定于其染色体组成，Y染色体的存在使生殖腺的体细胞发育为睾丸而非卵巢.12神经诱导：脊索诱导背部外胚层形成神经外胚层并进一步分化13 embryonic induction：在有机体发育过程中，一个区域的组织与另一个区域的组织相互作用，引起后一组织分化方向上变化的过程称为胚胎诱导。
发育生物学第十章 果蝇的胚轴形成
一、果蝇卵和胚胎的极性
果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体都具有明确 的前-后轴和背-腹轴。果蝇形体模式的形成 是沿前-后轴和背-腹轴进行的。
果蝇胚胎和幼虫沿前-后轴可分为头节、3个 胸节和8个腹节，两末端又分化出前面的原 头（acron）和尾端的尾节（telson）；沿背 腹轴分化为羊浆膜、背部外胚层、腹侧外 胚层和中胚层。
这些母体效应基因的蛋白质产物又称为形 态发生素（morphogen）。
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滋养细胞合成mRNA, rRNA，甚至是完整的核糖体，
并通过细胞间桥的胼合体，单向转运到卵母细胞里。
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二、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。
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bcd 基因编码的BCD蛋白是一种转录调节因 子。另一母体效应基因hunchback（hb）是 其靶基因之一, 控制胚胎胸部及头部部分结 构的发育。
hb在合胞体胚盘阶段开始翻译，表达区域 主要位于胚胎前部，HB蛋白从前向后也形 成一种浓度梯度。hb基因的表达受BCD蛋 白浓度梯度的控制，只有BCD蛋白的浓度 达到一定临界值才能启动hb基因的表达。
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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。在 卵子发生过程中，tsl在卵子前极的边缘细胞和 卵室后端的极性滤泡细胞中表达。TSL蛋白被 释放到卵子两极处的卵周隙中，由于TOR蛋白 过量，TSL不会扩散末端区以外，从而保证tor 基因只在末端区被活化。
果蝇卵前、后极少量细胞质的流失，会分 别造成胚胎缺失头胸部和腹部结构，其他 部位细胞质的少量流失都不会影响形体模 式形成。这说明果蝇卵子前后极的细胞质 中含有与果蝇图式形成有关的信息。
发育生物学复习资料重点总结
绪论1、发育生物学：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。
它主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老和死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。
2、（填空）发育生物学模式动物：果蝇、线虫、非洲爪蟾、斑马鱼、鸡和小鼠。
第一篇发育生物学基本原理第一章细胞命运的决定1、细胞分化：从单个的全能细胞受精卵开始产生各种分化类型细胞的发育过程称细胞分化。
2、细胞定型可分为“特化”和“决定”两个阶段：当一个细胞或者组织放在中性环境如培养皿中培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经特化；当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经决定。
（特化的发育命运是可逆的，决定的发育命运是不可逆的。
把已特化细胞或组织移植到胚胎不同部位，会分化成不同组织，把已决定细胞或组织移植到胚胎不同部位，只会分化成同一种组织。
）3、（简答）胚胎细胞发育命运的定型主要有两种作用方式：第一种通过胞质隔离实现，第二种通过胚胎诱导实现。
（1）通过胞质隔离指定细胞发育命运是指卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的裂球中，裂球中所含有的特定胞质可以决定它发育成哪一类细胞，而及邻近细胞没有关系。
细胞发育命运的这种定型方式称为“自主特化”，细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定。
这种以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为“镶嵌型发育”，因为整体胚胎好像是由能自我分化的各部分组合而成，也称自主型发育。
（2）通过胚胎诱导指定细胞发育命运是指胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过互相作用，决定其中一方或双方细胞的分化方向。
相互作用开始前，细胞可能具有不止一种分化潜能，但是和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制它们的发育命运，使之只能朝一定的方向分化。
细胞发育命运的这种定型方式成为“有条件特化”或“渐进特化”或“依赖型特化”，因为细胞发育命运取决于及其邻近的细胞或组织。
这种以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为“调整型发育”，也称有条件发育或依赖型发育。
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果蝇胚胎进行细胞化之前 成对控制基因even-skipped (blue)和fushi tarazu (brown)的条纹状表达模式。
有三个基因直接受到缺口基因的调控，即hairy、 even-skipped（eve）和runt基因，称为初级成对控 制基因。缺口基因可以识别初级成对控制基因的 启动子。 关于缺口基因的作用方式还不是很清楚。有些证 据表明缺口蛋白对成对控制基因表达起抑制作 用，但也有实验表明缺口基因既可以在一定的带 区活化基因表达，又可同时抑制其他表达带区的 形成。
体节极性基因engrailed在果蝇胚胎发育不同时期 的表达。
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 wg→WG（分泌性蛋 达，后者必须依赖于另 外的机制。 白）→邻近细胞膜 上的受体，进而激 通过en和wg间的互作 活副体节最前端一 使二者的表达都得以维 列细胞核内的hh和 持，从而使体节边界得 en表达， hh与en表 到巩固。 达区一致。 Porc, dsh, zw3, arm等 产生的HEDGEHOG 参与wg对en表达的维 出现于邻近细胞的 持 体节分界线处，介
engrailed、wingless和hedgehog的相互作用
体节内细胞命运的 确定 同一体节内不同区 域的表皮角质结构 有所不同，这可度分布控制，或者 由它们作用于相邻 细胞、逐级传递诱 导信号。
hedgehog信号 途径。
• 在体节界限确定之后每个体节的结构被进一步特 化 ， 此 过 程 由 主 调 节 基 因 （ master regulatory gene）或称为同源异型选择者基因调控完成。同 源异型选择者基因的突变或异位表达可引起同源 转化现象（homeotic transformation）。同源异型 选择者基因表达图式的建立受成对控制基因和缺 口基因的调控。 • 果蝇大部分同源异型选择者基因位于3号染色体相 邻的两个区域，其一为触角足复合体Antp-C，另 一个为双胸复合体BX-C，二者统称同源异型复合 体HOM-C。
hb对eve的表达有明显的增强效应，从而弥补了gt对eve表达 的抑制作用，而其他eve都表达在间隙基因低浓度的部位
缺口基因的作用方式：既可以在一定的带区活化 基因表达，又可同时抑制其他表达带区的形成。
Even-skipped 上 特异启动区控制 特异条带的分化
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在第三副 体节中的表达受 BCD 和 HB 的 激 活，而受GIANT 和KR的抑制。
缺口基因蛋白对even-skipped基因表达的调控。
• 体节极性基因(segment polarity gene)在每一体节 的特定区域细胞中表达。Engrailed(en)、 hedgehog (hh)和wingless(wg)基因是最重要的体节 极性基因。前两者在每一副体节最前端的一列细 胞中表达，而后者在每一副体节的最后一列细胞 中表达；这两个基因的表达界限正好确立了副体 节的界线。 • 果蝇晚期胚胎和幼体的每个体节由前一副体节的 后区和后一副体节的前区构成。
总结 果蝇：胚轴的形成是一系列基因 多层次、网络性的调控 母源性基因 ↓ 激活合子基因组 gap gene ↓ Pair-rule gene ↓ Segment polarity gene
同源异型基因
（homeotic gene）
第九章 果蝇胚轴形成（二） Axis specification in drosophila
果蝇躯体模式建成过程 中沿前后轴不同层次基 因内的表达。 果蝇前后极的产生 4 个 重 要 的 形 态 发 生素 ( 母 源 效 应 基 因 bicoid, hunchback,nanos,cauda l)→合子基因(缺口基因） →成对控制基因→体节 极性基因和同源异形基 因。
果蝇副体节、体节与区室
副体节指由果蝇胚胎的一系列中胚层加厚和外胚层沟 分隔形成的区域。 副体节与胚胎晚期、幼虫或成虫的体节并不一致，每 一副体节包含前一体节的后半部和后一体节的前半部。 副体节只在原肠作用后一个短暂的时期能够观察到， 是体节分化的过渡时期。
成对控制基因fushi tarazu在果蝇胚胎发育不同时期的 表达。
四、分节基因与胚胎体节的形成 • 分节基因的功能是把早期胚胎沿前 – 后轴分为一 系列重复的体节原基。分节基因的突变可使胚胎 缺失某些体节或体节的某些部分。根据分节基因 的突变表型及作用方式可分为三类：缺口基因、 成对控制基因和体节极性基因，这三类基因的调 控是逐级进行的。
• 首先由母体效应基因控制缺口基因的活化，其次 缺口基因之间互相调节彼此的转录且共同调节成 对控制基因的表达，然后成对控制基因之间相互 作用，把胚体分隔成为一系列重复的体节，并且 进一步控制体节极性基因的表达。所以，胚盘末 期的每一个体节原基都具有其独特基因表达的组 合，从而决定每个体节的特征。
Gap基因 Krüppel在果蝇 胚胎发育过程 中不同时期的 表达。
Hunchback诱导缺口基因如giant ， 而 krüppel 表 达 的 区 域 在 hunchback 之后的区域 。 高浓度的Hunchback 会 抑 制 krüppel 等 基 因 的 表 达 。 Caudal负责激活knirps和Giant在后 部的表达。缺口基因按一定顺序沿 前后轴进行表达 。缺口基因的稳定 和保持是靠不同缺口基因之间的相 互作用。
导wg的表达。 wg只在en表达区相 邻的一列细胞中维 持表达，en仅在wg 表达区之后的1-2列 细胞中表达
Ptc, fu, slp基因参与HH 蛋白调节wg的表达 晚期胚胎，en将在每一 个体节的后部表达，构 成体节的界线
hedgehog、 wingless和 engrailed基因 和蛋白在区室 分界处的相互 作用控制模式 的建成。
• HOM- C基因的结构是十分复杂的，有的基因有 多个启动子和多个转录起始位点。 其另一个重要 特征是都含有一段的保守序列，称为同源异型框 （homeobox）。含有同源异型框的基因统称为同 源异型框基因（homeobox gene）。 • 由同源异型框编码的同源异型结构域 （homeodomain）可形成与DNA特异性结合的螺 旋-转角-螺旋结构（helix-turn-helix）。
Gap/Pair-rule proteins (repressor)
果蝇 HOM-C 的区域表 达进一步 特化体节。
果蝇HOM-C的表达使每一个体节被进一步特化， 这一机制在无脊椎动物和脊椎动物中都十分保守。
Hox基因在小鼠体节中的表达
• 目前对果蝇胚胎早期发育机制已基本了解，胚胎 的前 – 后轴和背 – 腹轴分别独立地由母体效应基 因产物决定。这些母体效应基因主要编码转录因 子，它们的产物通常形成一种浓度梯度并产生特 异的位置信息，以进一步激活一系列合子基因的 表达。随着这些基因的表达，胚胎被分成不同的 区域。每个区域表达特异性基因的组合，沿前- 后 轴形成间隔性的图式，即体节的前体形式。最后 每一体节通过HOM-C基因的特异性表达而确定其 特征。
• 成对控制基因的表达是胚胎出现分节的最早标 志，它们在细胞化胚盘期第13次核分裂时表达。 表达图式沿前后轴形成一系列斑马纹状的条带， 将胚胎分为预定体节。 • 成对控制基因(pair-rule gene)的表达区域以两个 体节为单位且具有周期性，在相互间隔的一个副 体节中表达。这些基因的功能是把缺口基因确定 的区域进一步分成体节。
果 蝇 晚 期 胚 胎 （ 11 期 ） 中 engrailed 基 因 的 表 达 。
Engrailed在Eve, ftz , Paried表达水平高的区域被激活，而在oddskipped, Runt, Sloppy-paired 表 达 水 平 高 的 区 域 被 抑 制 。 而 Wingless则相反
HOM-C表达图式的调节机制 • 自我调节：部分HOM-C gene产物可自身调节其基因的表达 （与自己启动区结合），这种结合需蛋白质达一定浓度才 进行。如：dfd、ubx • HOM-C的相互调节（后部优势现象）：有重叠区，表达区 域靠后的基因可部分和全部抑制表达区靠前的基因。 如： BX-C均可抑制Antp-C基因的表达，ABD-A可部分抑制ubx 表达 • 正向控制和负向控制的机制：使HOM-C具有组织、时间、 位置特异性 TRX（Trithorax）蛋白家族为正向控制体系，TRITHCRAX 调控因子与已表达的调控区结合 PC（Polycomb）蛋白家族为负向控制体系，POLYCOMB调 控因子具有抑制基因表达的作用 PC、TRX共同稳定HOM-C表达
• 缺口基因（gap gene）的表达区域为一些较宽的 区域，每个区域的宽度约相当于3个体节，表达区 之间可有部分重叠。当缺口基因突变时胚胎缺失 相应的区域。缺口基因直接受母体效应基因的调 控。 • 缺口基因最初通常在整个胚胎中都有较弱的表 达，然后随着卵裂的进行逐渐变成一些不连续的 区域。缺口基因的表达最初由母体效应基因启 动，其表达图式的维持可能依赖于缺口基因之间 的相互作用。
同源异型选择者基因表达图式的建立和调节机制
HOM-C表达图式的建立 A、HOM-C的表达受pair-rule genes的控制 ftz失活，胚胎的scr, antp, ubx的转录水平下降（正调控）； 但对dfd转录具负调控（dfd后端表达线延伸）。eve, odd可激 活dfd表达 B、HOM-C表达区的确立需要pair-rule、gap genes共同参与 HOM-C在连续的体节中表达，而不是间隔性表达图式（单 有成对控制基因），推测gap基因可能在其表达界限的确立过 程中起作用。Kr激活antp表达、抑制abd-B的表达；knirps抑 制antp和abd-B的表达
触角足复合体Antp-C和双胸复合体BX-C同源异型框 选择者基因
双胸复合体BX-C的突变 导致翅膀和平衡棒之间 的同源转化现象。