最新发育生物学第十章 果蝇的胚轴形成
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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。
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。
第十章果蝇胚轴形成一、选择题:()1. 分布于昆虫未受精卵的前部。
A. dorsal mRNA;B. gcl mRNA;C.bicoid mRNA;D.even-skipped mRNA。
()2.dorsal蛋白是一类转录因子,它进入昆虫胚胎的细胞核中,引起某些基因的表达。
A.背部;B.腹部;C.前部;D.后部。
()3.卵生mRNA指的是A.未受精卵中产生的mRNA;B.受精卵中产生的mRNA;C.胚胎细胞中产生的mRNA;D.体细胞中产生的mRNA。
()4. bicoid蛋白是一类转录因子,它促进胚胎发育的差异。
A.背腹轴;B.前后轴;C.前部;D.腹部。
()5.在昆虫的未受精卵中,母体基因hunchback的mRNA的分布是A.腹部多于背部;B.前部多于后部;C.背部多于腹部;D.均匀的。
()6.torso基因的产物torso蛋白是A.转录因子;B.受体酪氨酸激酶;C.蛋白水解酶;D.磷酸化酶。
()7.在昆虫的背腹轴的分化中,最重要的基因是A.dorsal基因;B.gurken基因;C.tube基因;D.spatzle基因;()8.合子基因hunchback的表达受到的调节。
A.dorsal基因;B.nanos基因;C.tube基因;D.bicoid基因;()9.合子基因hunchback的产物是一种转录因子,它调节其它A.母体基因;B.合子基因;C.gap基因;D.pair-rule基因。
()10.昆虫产生14个副体节与何基因有关?A.bicoid基因;B.dorsal基因;C.gap基因;D.pair-rule基因。
二、判断题:()1.在中囊胚转变阶段,合子基因开始表达。
()2.bicoid基因指导昆虫胚胎背腹轴的形成。
()3.torso基因指导昆虫胚胎前后轴的形成。
()4.dorsal蛋白是一类转录因子,它进入昆虫背部的细胞核中,引起某些基因的表达。
()5.在昆虫胚胎的14个副体节形成中,even-skipped和fushi-tarazu基因的表达起着重要作用。
生命科学学院学院20 -20 学年第 学期《 发育生物学 》课程论文 课程号:2522080任课教师 成绩 论文题目:(可指定题目,也可说明题目范围。
)果蝇的发育及其发育的影响因素论文要求:(对论文题目、内容、行文、字数等作出判分规定。
) 1. 论文题目:准确得体,简短精炼,醒目2. 摘要:文字简练,字数不超过正文的5%;关键词不少于三个,关键词之间用分号间隔3. 正文:内容充实,论据充分、可靠,论证有力,主题明确语言流畅,条理清晰,字数不少于3000字4.字体:摘要、关键词宋体5号字;题目黑体三号字;正文宋体四号字 10分 教师评语:教师签字:年 月 日果蝇的发育及其发育的影响因素摘要:果蝇(Drosophila melanogaster)由于具有容易饲养、产卵多、生命周期短以及具有粗大的多线染色体而便于进行基因定位等优点,已成为遗传学和发育生物学等研究领域中重要的模式生物之一。
本文主要介绍了果蝇的发育过程及樟树叶片挥发物,紫外线照射,酵母粉和甲醛对果蝇生长发育的影响。
Abstract : Drosophila melanogaster is easy feeding, spaen many , shorter lifecycle and has athick multi-line chromosome.It has become such an important model organisms of Genetics and Developmental Biology field. This article mainly introduced the growth process of Drosophila melanogaster and some influence factor, such as essential oil produced by the leaves of camphor, ultraviolet rays, yeast powder and Formaldehyde. 关键词:果蝇;发育;樟树;紫外线;酵母粉;甲醛一、果蝇简介果蝇易于培养,生活周期短,基因组也比较小(1.4×108bp/每个单倍体基因组),只有4对染色体,且存在多线染色体,有关果蝇的遗传学知识已积累了80多年,遗传背景十分清楚,这些都是其重要的优势,故人们选择果蝇作为研究发育的模式动物。