A-第12章 基因组相同和基因-13章.ppt

第十二章基因组相同和基因差异表达 大量实验证明同一有机体的多种细胞具有完全相同的一套基因结构，即基因组相同。 细胞内由于基因表达受到复杂的调控，不同细胞发生差异基因转录，合成组织特异蛋白质，出现细胞形态和功能的分化。 第一节 同一有机体不同组织细胞基因相同的证据 一. 遗传学证据 同一个体细胞的染色体和基因组相同 果蝇幼虫细胞的多线染色体上有许多特征性的条带，其单倍体基因组约有5150个不同的条带，在整个幼虫和成体不同组织细胞中染色体数目是相同的，染色体上条带的图型也保持不变，条带的数目与基因的数目有明显的相关性. 唾液腺、马氏管、直肠和消化道中的染色体 果蝇成虫盘对应成体的器官 二. 胚胎学证据 已分化细胞仍然具有发育成为其它细胞的潜能 分离的海胆的2-16细胞期胚胎卵裂球，每个都能发育为正常的胚胎表明早期胚胎卵裂球是全能的。蝾螈16-细胞期胚胎卵裂球具有发育为完整个体的潜能。已决定的或已分化的细胞是否仍然具有发育为其它细胞的能力？证据有两点: ⑴转决定(transdetermination)：果蝇幼虫成虫盘(imaginal discs，图)细胞，分化为确定命运的成虫细胞。这种决定是稳定的;但在一定条件下其命运也会改变，如触角盘经过多次移植将分化形成成虫的腿、翅或嘴。成虫盘细胞这种不按已决定的命运分化为一定类型器官，而是分化为成体其它器官的现象称为转决定 三. 分子生物学的证据 不同组织的细胞具有完全相同的核基因组DNA 核酸分子杂交(nucleic acid hybridi-zation)证明有机体不同组织细胞具有量和序列完全相同的核基因组DNA。原位杂交(in situ hybrization)进一步显示已分化细胞仍然含有不表达的其它组织专一性基因。 第二节 核潜能的限制 一. 在发育中核潜能被限定 Briggs和King(1952, 1960)利用核移植技术(右上图)在豹蛙中所得的结果显示(右下图): 发育时期愈晚，体细胞核指导发育为蝌蚪的百分率愈小。此后的许多实验证明，随着个体发育的进行，体细胞核指导发育的潜能越来越限定，似乎丧失了指导完全发育的能力。核潜能限定是稳定的和具有一定的组织特异性。 二. 细胞核具有潜在全能性的研究 为真正研究核潜能采用了核克隆(nuclear cloning，下左图)，每个核克隆有其特征性的表现型，同一克隆的核不仅指导发育的能力基本一致，而且发育被阻断的阶段也一致。经过几代克隆这些特征保持不变。 通过核克隆可大大提高指导发育的能力。 通过低温处理受体卵降低其分裂速度和通过精胺处理供体核提高其分裂速度，使二者分裂速度匹配，同样提高核移植后指导发育的能力。 由于核移植技术不断改进，1966年Gurdon将爪蟾蝌蚪肠细胞核移植到去核卵，得到有生殖能力的成体。证明已分化的肠细胞的细胞核能指导完全的发育过程，产生不同类型的体细胞，说明了细胞核的全能性。 蝌蚪红细胞DNA停止复制，不合成RNA，将其核移入去核卵恢复DNA复制并发育出游泳蝌蚪。 克隆羊Dolly的诞生(1997)对于说明体细胞核发育的全能性具有特别重要的意义。这是人类首次成功的用哺乳动物体细胞—成年母羊乳腺上皮细胞核为供体，经过多次核移植而获得的后代. 随后克隆猴、克隆牛、克隆羊等一系列克隆动物的研究也获得了成功。 获得克隆哺乳动物的技术路线如图，移植的供体核都来源于成体动物的体细胞。 这进一步说明，绝大多数动物细胞的核都具有潜在的全能性. 第三节 基因组相同的例外—基因组的改变 一、染色质消减(chrompsone diminution)：如马蛔虫体细胞的前体细胞在卵裂期间约80%的DNA丢失。 二、基因重排(gene rearrangement):如淋巴细胞在分化过程中免疫球蛋白基因重排，其基因组发生改变。 B淋巴细胞是受到抗原刺激后产生抗体的细胞。这种抗体对特异性抗原的选择涉及B淋巴细胞分化过程中新基因的产生. 抗体分子由两对多肽亚基组成，含有两条完全相同的重链和两条完全相同的轻链(下图)。 抗体分子每条肽链分为变区和恒区：变区由氨基端组成，其结构决定抗体分子的特异性；恒区由羧基端组成，它决定抗体分子的其它性质。 编码抗体分子四条肽链的基因由DNA片段组成。 编码轻链的基因含三个DNA片段：V 片段负责编码轻链变区的97个氨基酸，大约有300种不同序列的V片段；J 片段负责编码轻链变区最后15-17个氨基酸，有4-5个不同序列的J片段；C 片段负责编码轻链恒定区。 在B细胞分化过程中，一个V片段和一个J片段经过移动和剪接形成轻链变区基因，即经过基因重排，其结果丢失了一些DNA片段（下图）。 三. 基因扩增(gene amplification): 最早对爪蟾卵母细胞核糖体RNA(rR