第8章胚轴的特化与体轴的建立.ppt

Gap基因Krüppel在果蝇胚胎发育过程中不同时期的表达。 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。 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。 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。 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。 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（11期）中engrailed基因的表达。 engrailed、wingless和hedgehog的相互作用 hedgehog信号途径。 果蝇早期胚胎、晚期胚胎和成体中副体节和体节的对应关系。 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。 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 HOM-C结构和表达示意图 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。 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）。 HOM-C同源异型框形成与DNA特异结合的螺旋-转角-螺旋结构。 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。 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。 不同物种之间图式形成的机制有着惊人的相似，果蝇图式形成机制的研究成果对于其他动物的发育机制研究具有重要的借鉴意义。 二、两栖类胚轴形成 两栖类是调整型胚胎发育的典型模型，也是在胚轴形成机制方面了解较多的脊椎动物。 脊椎动物胚轴的形成不仅与定位于囊胚期大量分裂球中的各种决定因子相关，更重要的作用机制则存在于以后的发育阶段，发生在邻近细胞之间的一系列相互作用。 两栖类胚胎的背- 腹轴和前-后轴是由受精时卵质的重新分布而决定的。受精时在精子入卵处的对面产生有色素差异的灰色新月区，由此标志预定胚胎的背侧，精子进入的一侧发育成为胚胎的腹侧。在动物极附近的背侧形成头部，而与其相反的一侧形成尾，从而形成胚胎的背-腹轴和前-后轴。中侧轴或左右轴是随着脊索的形成而确定的。 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 。 krüppel基因的活性受hunchback蛋白的控制。 不同靶基因的启动子与BCD蛋白具有不同的亲和力，BCD蛋白的浓度梯度可以同时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。 btd、ems和otd基因很可能也是BCD蛋白的靶基因。 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。在这一系统中起核心作用的是nanos（nos）基因。 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。 后端组织中心 后端系统并不像BC