-器官系统发生的奠定课件

第5章器官系统发生的奠定三个胚层的建立给出了动物器官系统发育来源的基本划定；但在许多器官发生以前，还需要经过一个胚层组织进一步发育分化的中间过程和阶段；这一过程包括必要的过渡性结构的建设、特定区域环境的营造、原基的形成、前体细胞分化的准备等；大致对应于在许多动物（如线虫、爪蟾）胚胎发育研究中发现的继体轴分化和三胚层形成后出现的胚体伸长期；这是高度特化的器官系统发生的必要条件。5.2脊椎动物器官系统发生的奠定从三个方面考察脊椎动物器官系统发生的准备各胚层的分化HOX基因在前-后体轴分化上发挥着重要的作用胚胎背-腹和左-右分化的基因控制体节在脊索两侧，中胚层发育为两条密集的沿体轴纵行排列的细胞索，即近轴中胚层。在神经管形成时，它进一步断成若干小的组织团块，称为体节。体节在发育中是一个过渡性的结构，脊椎和肋骨、背部皮肤的真皮、背部的骨骼肌、体壁和肢体的骨骼肌均来自于体节。体节始出现于胚胎的前部，并依次向后推移形成。Hox基因工作模式同源异型基因簇不同基因在体轴前后的错位表达造成前后不同体位表达的Hox基因的组合不同，奠定了体轴前后差异分化的基础。而同一体位上不同的同源异型基因组的不同表达组合提供了它们各自的侧向差异分化的信息。脊椎动物Hox基因表达的调控多种因子对Hox基因的表达具有调控的作用Cdx1基因在原肠胚期原条中表达，敲除Cdx1基因后，Hox基因的表达图案和发育结构均出现向体轴后面推移的现象Embryoticectodermdevelopment(eed)基因对Hox基因表达的影响表现出类同的效果研究表明，对Hox基因表达影响最大的是视黄酸（RA）

与果蝇早在卵细胞期就奠定了背腹轴分化的基础不同；鸟类背腹的分化源于胚胎发育早期下胚层的定位；哺乳动物背腹的分化源于内细胞团在囊胚腔中的定位（因为下胚层细胞出现在面向囊胚腔的一面；以后脊索和神经管的形成进一步发展了背腹轴的分化。5.2.3胚胎背-腹与左-右方向上的分化

5.3.1果蝇体节的形成与分化5.3.2果蝇的同源异型选择者基因与执行基因5.3.3节肢动物的长胚基模式和短胚基模式5.3节肢动物体节的形成与分化控制果蝇体节发生的基因间隙基因(gapgene)

kruppel(Kr)，knirps(kni)，hunckback(hb)，giant(gt),tailess(tll)，huckebein(hkb)，buttonhead(btd),emptyspiracles(ems),orthodenticle(otd)

成对规则基因(pair-rulegene)

初级hairy(h)，even-skipped(eve)，runt(run)次级fushitarazu(ftz)，odd-paired(opa)，odd-skipped(odd)，sloppy-paired(slp)paird(prd)

体节极性基因(segmentpolaritygene)

engrailed(en)，wingless(wg)，cubitus,interruptusD(ciD),hedgehog(hh)，fused(fu)，armadillo(arm)，patched(ptc)，gooseberry(gsb)，pangolin(pan)

这类基因的突变会导致胚胎体节图式出现空缺，即成串的副体节发生丢失。这是胚胎中转录的第一批合子基因，而hunchback(hb)是BICOID激活表达的第一个合子基因。BICOID结合在该基因上游启动子区的5个相同序列5’—TCTAATCCC—3’的位点上以激活hb进行表达，HB蛋白又调控其它间隙基因的活性。间隙基因(gapgene)在间隙基因产物的调控下，每隔一个副体节的胚区被激活，以7条条纹图式(patternsofsevenstrip)表达同一基因。如evenskipped在偶数副体节表达，Fushitarazu在奇数副体节内表达。成对规则基因突变则每隔1个体节就缺失1部分。hairy,even-skipped及runt为初级成对规则基因(Primarypair-rulegenes)，直接受控于间隙基因；fushitarazu(ftz)为次级成对规则基因(Secondarypair-rulegenes)，受控于初级成对规则基因。ftz-ftz-纯合体的体节仅及正常的一半。成对规则基因于细胞化之前已大量进行表达。成对规则基因(pair-rulegenes)发育到细胞囊胚期，成对规则基因的产物激活体节极性基因，形成更小的条纹表达区，在副体节中间划分最后的、可见的体节分界线(14个转录带区)。这中间起主要作用的基因有：engrailed(en),wingless(wg)和hedgehog(hh)等。这些基因突变，会使每一体节的一部分结构缺失，而被该体节剩余部分的镜像结构所取代。例如，engrailed保持前—后体节的分界，en-en-纯合体则出现前后体节复合为一，每一体节后半部被后一体节的前半部的镜像重复结构所替代。体节极性基因(Segmentpolaritygenes)在果蝇体节的分化中

同源异形基因起着核心的作用果蝇的同源异形基因多排布于第三染色体上，分两大基因簇：触角足复合体(Antennapediacomplex,Antp-C)，含5个同源异形基因，负责头部体节特化的labial(Lab唇)，Deformed(Dfd变形)，负责胸节特化的SexCombreduced(Scr性梳减少)和Antennapedia(Antp触角足)基因；此外还有只在成蝇中起作用的proboscipedia(Pb鼻足)基因，其突变使唇嘴部触须转变成腿。双胸复合体(bithoraxcomplex,Bx-C)含4个同源异形基因，控制胸节和8个腹节的发育。分别是Ultrabithorax(Ubx超双胸)基因，负责第三胸节特征结构的发育；AbdominalA(AbdA腹A)和AbdominalB(AbdB腹B)及Caudal(Cad)

基因，控制腹节结构的形成。Antp-C和Bx-C在第三染色体上呈直线排列，其顺序大致与它们在时空上的表达顺序相吻合。在早期胚胎发育过程中，基因活性的级联反应被启动，前期表达的基因启动后期待表达的下游基因，或关闭另一些已表达的相关基因。同源异形基因结构的相似性果蝇第3染色体上两个同源异形基因簇复合体Antp-C和Bx-C统称为HOM-C。在人和小鼠基因组中共有4份HOM-C拷贝。小鼠定名为HoxA、B、C、D，人定名为HOXA、B、C、D。它们在染色体上的排序与果蝇极为相似，其表达图式也是相同的。同源异形框结构的保守性同源异形基因和影响果蝇胚胎发育的母体效应基因、体节分节基因一样，含有一个180个核苷酸的保守序列，编码60个氨基酸的多肽。前者称同源异形框(homeobox)；后者则称同源异形域(homeodoma