发育生物学中的模式生物上课讲义.ppt
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1、发育生物学中的模式生物发育生物学中的模式生物第一节第一节 海胆海胆一、作为模式动物的优点一、作为模式动物的优点二、主要研究内容二、主要研究内容一、作为模式动物的优点一、作为模式动物的优点n可人工控制精卵的排放可人工控制精卵的排放n在实验室条件下容易饲养在实验室条件下容易饲养二、主要研究内容二、主要研究内容 1、配子的排放和受精配子的排放和受精 2 2、卵裂球的调整性、卵裂球的调整性 3 3、母源性基因的调控、母源性基因的调控1 1、配子的排放和受精、配子的排放和受精 n成熟海胆精卵通过海胆背部的生殖板上的生殖成熟海胆精卵通过海胆背部的生殖板上的生殖孔排出。在实验室,单个海胆倒置在烧杯中孔排出。
2、在实验室,单个海胆倒置在烧杯中(外观不能分出雌雄),从围口膜注射(外观不能分出雌雄),从围口膜注射0.075mol KCL,收集,收集 精卵,并混合达到受精精卵,并混合达到受精目的,进而可在显微镜下观察卵裂、囊胚、原目的,进而可在显微镜下观察卵裂、囊胚、原肠胚发育过程。肠胚发育过程。n海胆卵外有卵黄膜,外有一层胶膜。受精前排海胆卵外有卵黄膜,外有一层胶膜。受精前排出两个极体。卵和精子表面有特异性受体,用出两个极体。卵和精子表面有特异性受体,用于精卵的相互识别(受精素于精卵的相互识别(受精素-抗受精素学说)。抗受精素学说)。2 2、卵裂球的调整性、卵裂球的调整性 n 2、4细胞期将细胞分散,能得
3、到细胞期将细胞分散,能得到2、4个正常但体积小的胚胎。个正常但体积小的胚胎。8细胞期,水细胞期,水平分开,形成一个囊胚和一个畸形胚胎。平分开,形成一个囊胚和一个畸形胚胎。垂直切割,得到垂直切割,得到1/2大小胚胎。大小胚胎。3 3、母源性基因的调控、母源性基因的调控(1)口的部位由局部决定子导向,形成口)口的部位由局部决定子导向,形成口区域的外胚层上皮和沿臂扩展的纤毛;区域的外胚层上皮和沿臂扩展的纤毛;(2)第二个区域形成远口外胚层;)第二个区域形成远口外胚层;(3)第三个区域形成植物板,然后形成原)第三个区域形成植物板,然后形成原肠;肠;(4)第四个区域构成骨骼材料;)第四个区域构成骨骼材料
4、;(5)第五个范围含诱导内陷的小分裂球。)第五个范围含诱导内陷的小分裂球。第二节第二节 秀丽隐杆线虫秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)是一种长是一种长1mm自由生活在土壤中的小线自由生活在土壤中的小线虫。属于线虫动物门、线虫纲、小杆线虫。属于线虫动物门、线虫纲、小杆线虫目、广杆线虫属。以细菌为食。英国虫目、广杆线虫属。以细菌为食。英国科学家科学家Sydeny Brenner在在20世纪世纪60年年代开始利用线虫做研究。代开始利用线虫做研究。一、作为模式生物的优点一、作为模式生物的优点 n可在实验室培养皿中培养,先在培养皿中长满可在实验室培养皿中培养,先在培养皿中长满细
5、菌,再接种。细菌,再接种。n生命周期短,一般生命周期短,一般3.5天,胚胎发育速度快,天,胚胎发育速度快,16胚胎发育期为胚胎发育期为18小时。小时。n雌雄同体和雄性两类。雌雄同体的种类,体内雌雄同体和雄性两类。雌雄同体的种类,体内受精,胚胎在生殖腺管内发育。自体受精的种受精,胚胎在生殖腺管内发育。自体受精的种类会产生非常纯合的基因型。类会产生非常纯合的基因型。n身体透明,可观察体细胞数量,可统计。身体透明,可观察体细胞数量,可统计。n能观察到生殖细胞的发生和种质颗粒的传递过能观察到生殖细胞的发生和种质颗粒的传递过程。程。二、主要研究内容二、主要研究内容 1、细胞凋亡、细胞凋亡 2、染色体的消
6、减、染色体的消减 3、基因组、基因组1 1、细胞凋亡、细胞凋亡 n 线虫细胞数恒定。出生时,体细胞线虫细胞数恒定。出生时,体细胞556个,原始生殖细胞个,原始生殖细胞2个。雌雄同体的个。雌雄同体的成虫,成虫,959个体细胞,个体细胞,2000个生殖细胞。个生殖细胞。雄性成虫雄性成虫1031个体细胞,个体细胞,1000个生殖个生殖细胞。神经系统有细胞。神经系统有302个神经细胞。个神经细胞。n发现凋亡家族基因发现凋亡家族基因ced。2 2、染色体消减、染色体消减 n不对称的细胞分裂,使得不对称的细胞分裂,使得P细胞中含有与细胞中含有与生殖有关的物质,而体细胞中没有。生殖有关的物质,而体细胞中没有
7、。3 3、基因组、基因组 n1998年完成线虫基因组测序。是第一个年完成线虫基因组测序。是第一个完成全基因组测序的多细胞动物。共包完成全基因组测序的多细胞动物。共包含含19099个基因。个基因。第三节第三节 螺旋动物螺旋动物 n涡虫纲、钮形动物、环节动物、软体动涡虫纲、钮形动物、环节动物、软体动物(头足类除外)称为螺旋动物,主要物(头足类除外)称为螺旋动物,主要研究对象是蜗牛、水蛭和海产多毛类研究对象是蜗牛、水蛭和海产多毛类。主要研究内容主要研究内容一、极叶的形成及作用一、极叶的形成及作用二、螺旋卵裂二、螺旋卵裂一、极叶的形成一、极叶的形成 n在在2、4细胞时,植物极细胞质以极叶形细胞时,植物
8、极细胞质以极叶形式与卵其他部分隔开。细胞分裂前,极式与卵其他部分隔开。细胞分裂前,极叶伸出,分裂后和叶伸出,分裂后和D细胞结合在一起。切细胞结合在一起。切掉极叶,会失去中胚层成分。掉极叶,会失去中胚层成分。二、螺旋卵裂与体形的关系二、螺旋卵裂与体形的关系 第四节第四节 果蝇果蝇(黑腹果蝇)(黑腹果蝇)(Drosophila melanogasterDrosophila melanogaster)n作为模式生物研究有作为模式生物研究有100多年的历史。多年的历史。Morgan1910年发现突变体白眼果蝇以来,关年发现突变体白眼果蝇以来,关于性染色体、伴性遗传等规律,都是果蝇做实于性染色体、伴性遗
9、传等规律,都是果蝇做实验材料贡献的。验材料贡献的。1933年年Morgan获诺贝尔奖。获诺贝尔奖。1995年年Lewis由于胚胎发育中基因的调控研由于胚胎发育中基因的调控研究成果获得诺贝尔奖,被认为是给遗传学家带究成果获得诺贝尔奖,被认为是给遗传学家带来好运的一个动物。来好运的一个动物。n果蝇属节肢动物门、昆虫纲、双翅目、果蝇科、果蝇属节肢动物门、昆虫纲、双翅目、果蝇科、果蝇属。以腐烂果实为食。果蝇属。以腐烂果实为食。一、作为模式动物的优点一、作为模式动物的优点n生命周期短。生命周期短。n个体小,易饲养。个体小,易饲养。n具有几十个易于诱变分析的遗传特征,并保持具有几十个易于诱变分析的遗传特征
10、,并保持大量突变体。大量突变体。n染色体组简单,只有染色体组简单,只有4对,且唾液腺中含有巨对,且唾液腺中含有巨大的多线染色体。大的多线染色体。n卵黄含量丰富,卵子大。卵黄含量丰富,卵子大。n胚胎发育速度快,前胚胎发育速度快,前13次卵裂,每次间隔次卵裂,每次间隔9分分钟,细胞核成倍增加成为合胞体,是研究卵裂、钟,细胞核成倍增加成为合胞体,是研究卵裂、早期胚胎发按语和体节形成的调控的很好材料。早期胚胎发按语和体节形成的调控的很好材料。n幼虫有变态过程,是分析器官发生的理想材料幼虫有变态过程,是分析器官发生的理想材料。二、主要研究内容二、主要研究内容 1、简短的生命周期、简短的生命周期 2、卵子
11、发生特点、卵子发生特点 3、控制驱体模式的基因、控制驱体模式的基因 4、果蝇变态、果蝇变态 5、基因组测定、基因组测定1、简短的生命周期、简短的生命周期 果蝇的生命周期果蝇的生命周期2-3周,胚胎发生周,胚胎发生1天,幼虫经过三个阶段,约天,幼虫经过三个阶段,约3天。包上一天。包上一层角质层,称为蛹化(层角质层,称为蛹化(puparium),经经历历5天。成年果蝇存活天。成年果蝇存活9天。变态过程中天。变态过程中成虫盘及器官发生都比较清楚。成虫盘及器官发生都比较清楚。2 2、卵子发生特点、卵子发生特点 n果蝇卵在卵巢管中形成。卵巢管分为许多小室。果蝇卵在卵巢管中形成。卵巢管分为许多小室。每个小
12、室中有一个卵原细胞,小室壁细胞为滤每个小室中有一个卵原细胞,小室壁细胞为滤泡细胞。卵原细胞经过泡细胞。卵原细胞经过4次有丝分裂,产生次有丝分裂,产生16个细胞。这些细胞通过细胞质桥连在一起。其个细胞。这些细胞通过细胞质桥连在一起。其中一个细胞发育为卵母细胞,剩下的发育为滋中一个细胞发育为卵母细胞,剩下的发育为滋养细胞。卵母细胞经过减数分裂变为单倍体,养细胞。卵母细胞经过减数分裂变为单倍体,而滋养细胞由于反复进行而滋养细胞由于反复进行DNA复制而成为多倍复制而成为多倍体。滋养细胞基因组的这种扩增,使其具高转体。滋养细胞基因组的这种扩增,使其具高转录活性。能提供给卵母细胞大量的核糖体和包录活性。能
13、提供给卵母细胞大量的核糖体和包裹在核糖体蛋白上的裹在核糖体蛋白上的mRNA。滤泡细胞为卵母。滤泡细胞为卵母细胞发育提供营养如卵黄原蛋白和卵黄磷脂蛋细胞发育提供营养如卵黄原蛋白和卵黄磷脂蛋白。白。3 3、控制驱体模式的基因、控制驱体模式的基因 n影响躯体轴的基因影响躯体轴的基因影响前后极性的影响前后极性的基因、影响背腹极性的基因基因、影响背腹极性的基因n影响身体分节的基因影响身体分节的基因n控制一个完整器官形成的基因控制一个完整器官形成的基因4、基因组测定、基因组测定 基因组编码基因组编码13600个基因,常染色体的个基因,常染色体的全部碱基序列已测定。全部碱基序列已测定。第五节第五节 爪蟾爪蟾
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