生物分子学技术分析.pptx

果蝇的发育与调控 主讲人：杜在芝 小组成员：李孝红、周琳、王晗、罗小华 1、果蝇外观特征2、果蝇的发育过程3、摩尔根果蝇杂交实验4、果蝇的发育调控 果蝇的发育与调控 果蝇英文俗名fruit fly或vinegar fly ，是一种双翅目昆虫，广泛地存在于全球温带及热带气候区，由于其主食为酵母菌，且腐烂的水果易滋生酵母菌，因此在人类的栖息地内如果园，菜市场等地区内皆可见其踪迹。除了南北极外，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。 果蝇体型较小，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。雌雄鉴别方法：雌果蝇体型大，末端尖。背面：环纹5节，无黑斑。腹面：腹片7节。第一对足跗节基部无性梳。雄果蝇体型小，末端钝。背面：环纹7节，延续到末端呈黑斑。腹面：腹片5节。第一对足跗节基部有黑色鬃毛状性梳。 果蝇只有四对染色体，数量少而且形状有明显差别；果蝇性状变异很多，比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异，这些特点对遗传学研究也有很大好处。 2、果蝇的发育过程 果蝇发育在25℃下9~14天为一个周期，其中第一天为胚胎发育期，幼虫经历3个阶段，到第四天蜕皮分化后蛹化（popation),在蛹中经过5天的变态，再发育为成虫。 卵：卵白色，长椭圆形，长约0.5mm，在背面的前端伸出一对轴丝，它能使卵附着在柔软的食物上，不至于深陷到食物中去。 幼虫：幼虫从卵中孵化后，经历两次蜕皮到第三龄期，体长可达4.5mm，在解剖镜下可见一端稍尖为头部，并且有一黑点即口器；稍后有一对半透明的唾腺，每条唾腺前有一条唾腺管向前延伸，然后会合成一条导管通向消化道。 蛹：幼虫生活经过7天左右即化蛹，化蛹前从培养基中爬出附着在瓶壁上，渐次形成一个棱形的蛹。起初颜色淡黄、柔软，然后逐渐硬化，变成深褐色，这就显示了即将羽化了。 成虫：刚羽化的果蝇，身体狭长，翅还没有展开，身体较白嫩。不久，蝇体变为粗短椭圆形，双翅展开，体色加深，如野生型为灰褐色，突变型为乌黑色。 3、摩尔根果蝇杂交实验 美国生物学家摩尔根用果蝇杂交实验为基因位于染色体上提供了证据。摩尔根选用果蝇作为实验材料的原因：果蝇是一种昆虫，有体小、繁殖快、生育力强、饲养容易等优点。1909年，摩尔根从野生型的红眼果蝇培养瓶中发现了一只白眼的雄果蝇，这只例外的白眼雄果蝇特别引起了他的重视，他抓住这个例外不放，用它作了一系列设计精巧的实验。 摩尔根认为，既然果蝇的眼色遗传与性别相关联，说明控制红眼和白眼的基因在性染色体上。在20世纪初期，生物学家对于果蝇的性染色体有了一定的了解。果蝇是XY型性别决定的生物，果蝇的Y染色体比X染色体长一些。X染色体和Y染色体上的片段可以分为三个区段：X染色体上的非同源区段、Y染色体上的非同源区段和同源区段。（如下图）。在雌果蝇中，有一对同型的性染色体XX，在雄果蝇中，有一对异型的性染色体XY。 结论 染色体可以自由组合，而排在一条染色体上的基因是不能自由组合的。摩尔根把这种特点称为基因的“连锁”。摩尔根在长期的试验中发现，由于同源染色体的断离与结合，而产生了基因的自由组合。不过交换的情况很少，只占1%。连锁和交换定律，是摩尔根发现的遗传第三定律。他于20世纪20年代创立了著名的基因学说，揭示了基因是组成染色体的遗传单位，它能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单位。 4、果蝇的发育调控 果蝇的卵、胚胎、幼虫和成体具有明确的前-后轴和背-腹轴。 果蝇在发育的开始在卵中沿着前后轴（anterior-posterior）和背腹轴（dorsal-vontral）建立一个梯度。卵的前端将成为成蝇的头，而未端将成其尾。背侧在上方，腹侧在下方。受精卵中的蛋白和RNA分子分布不均产生了这种梯度。一旦受精，此梯度立即建立起来，它控制着前后轴的发育，稍晚一些才建立背腹轴梯度。前后轴系统沿着幼虫的体长控制位置信息，而同时腹背系统调节组织的分化，即特殊胚胎组织的特化，此包括中胚层、经神外胚层和背部外胚层。 前后轴 母源mRNA-bicoid的mRNA定位在卵母细胞一端（将来的前端）；同样，osk的mRNA定位在另一端。 整个定位过程还需要其他多个基因产物的参与才能完成。 在开始发育的几分钟内，bicoid翻译为蛋白质，建立BICOID蛋白梯度。 bicoid突变会引起幼虫无头和胸，顶节也被一个反向的尾节所代替。如果人为在另一端注射，则双头。 背腹轴 dorsal基因产物DORSAL蛋白（卵内形态发生素DI）平时以mRNA储存在卵内，均匀分布；受精后90min后翻译，并建立从背到腹的浓度梯度。 体节（Segment）是可见