基因调控与遗传发育.pptVIP

第 十 三 章遗 传 与 个 体 发 育 张晓明 目 录 细胞核和细胞质在个体发育中的作用 细胞的全能性 基因调控 基因对个体发育的控制 一、细胞质在细胞生长和分化中的作用 动、植物的卵细胞虽然是单细胞的，但它的细胞质内除显见的细胞器有分化外，还存在动物极、植物极，灰色新月体和黄色新月体等分化。这些分化的物质将来发育成什么组织和器官，大体上已经确定。 海鞘的卵裂： 角贝的极叶形成： 海胆个体的发育： 花粉粒的发育： 二、细胞核在细胞生长和分化中具有主 导作用 伞藻(Acetabularia)是一种大型的单细胞海生绿藻。自顶部到根部长约6-9厘米。细胞核在基部的假根内。成熟时，顶部长出一个伞状的子实体(fruiting body)，子实体因物种不同而异。在欧洲有一个种叫地中海伞藻(A. mediterranea)，子实体边缘为完整的圆形。另一个种叫裂缘伞藻(A. crenulate)，子实体边缘裂成分瓣形。 三、细胞核和细胞质在个体发育中的相互依存 在个体发育过程中，细胞核和细胞质是相互依存、不可分割的，但起主导作用的应该是细胞核。因为细胞核内的“遗传信息”决定着个体发育的方向和模式，为蛋白质(包括酶)的合成提供了模板(mRNA)以及其它各种重要的RNA，从而控制了细胞的代谢方式和分化程序。细胞质则是蛋白质合成的场所，并为DNA的复制、mRNA的转录以及tRNA、rRNA的合成提供原料和能量。 果蝇极细胞质移植试验： 小麦瘿蚊染色体的放弃： 水蜡虫体细胞染色体异染色质化： 细胞质对性染色体的影响： 第二节 细胞的全能性 植物细胞培养： 动物细胞核移植： 第三节 基因调控 基因调控的证据 原核生物基因调控 真核生物基因调控 一、 基因调控的证据 二、 原核生物基因调控特点 原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平。 在细菌中，当几种酶参与同一个代谢途径时，往往是这几种酶的合成同时起动，产生编码所有蛋白质的一个或几个多顺反子(polycistronic) mRNA，这是原核生物所特有的现象， 也是一种经济有效的调控方式。真核生物没有这种调控机制，因为真核生物基因转录的是单顺反子(monocistronic) mRNA。 不同转录调控机制中有一些共同特点。在一个多级反应的降解代谢途径中，被降解的分子将决定这些降解酶是否需要合成。而在合成代谢途径中，合成的最终产物又可以调节合成酶基因的表达。 正调控和负调控：存在细胞中的阻遏物阻止转录过程的是负调控(negative regulation)。阻遏物与DNA分子结合，阻碍RNA聚合酶转录，使基因处于关闭状态。只有当阻遏物被除去之后，转录才能起动，产生mRNA分子。正调控(positive regulation)是经诱导物诱导转录的调控机制。在正调控系统中，诱导物通常与另一蛋白质结合形成一种激活子(activator)复合物，与基因启动子DNA序列结合，激活基因起始转录。 三、乳糖操纵元模型 1 负调控 2 正调控 3、乳糖操纵元存在的证据 遗传分析 lac操纵元模型有三个基本假定： ①阻遏基因I的产物是可在细胞中扩散的反式调控元件；②操纵子O是调控位点，不编码蛋白质；③O位点必须紧邻受其控制的结构基因，它是顺式调控元件。通过构建和分析细菌的局部二倍体(merozygote)，可以检测上述假定是否成立。 阻遏蛋白的分离与鉴定： 1966年吉尔伯特(Gilbert，W.)等人利用一种阻遏蛋白超量突变型(regulator quantity，Iq)，分离出阻遏蛋白。这种突变型产生的阻遏蛋白是野生型的10倍。经IPTG诱导Iq细胞，分离提取的阻遏蛋白放在透析袋中，用含有同位素标记的IPTG溶液透析。在这种透析条件下，标记的IPTG小分子可以自由地扩散进入透析袋内，当达到平衡时，透析袋内的IPTG浓度高于透析袋外溶液的浓度，说明袋内的细胞提取物中含有与IPTG结合的物质，这种物质的分子量大而不会扩散到透析袋外面的溶液中。将与IPTG结合的物质纯化后的分析表明，它具有蛋白质的特性，而来自I— 细胞的提取物则没有与IPTG结合的特性，说明分离的是阻遏蛋白。 进一步将细菌放在含有同位素标记的培养基中培养，分离出与IPTG结合并经同位素标记的阻遏蛋白，再与带有lac O+序列的Lambda DNA混合，分析沉降系数。DNA的沉降系数为40S，而IPTG——阻遏蛋白复合物的沉降系数为7S。将IPTG阻遏蛋白复合物与DNA混合后用梯度超速离心沉降分离，发现具有放射性的蛋白质复合体的沉降系数与DNA的相同，说明阻遏蛋白已经