第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

第九章 遗传与发育第一节 发育遗传学的概论 发育遗传学是将胚胎学与遗传学相结合 起来的一门学科，主要是研究基因对胚胎发 育的作用。随着基因组学的发展，人们可以 从细胞分化、器官发生和形态建成等不同层 次上阐明生物体发育的遗传基础。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

第二节 基因在细胞分化和细胞决 定中的作用一、单细胞生物的细胞分化与发育的调控 发育是通过细胞分化来实现的，分化是产 生基因型相同但形态和功能趋异的各种类型 细胞的一个变化过程，分化产生了细胞的多 样性，构成形态建成和生长的基础，并保证 了生命的世代延续。 单细胞生物的分化和发育过程较为简单。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

二、多细胞生物的细胞分化和细胞决定 多细胞生物的特化和发育过程较为复杂， 合子形成后，分离并分化产生了许多类型的 细胞。细胞分化的方向是由基因所控制的， 称为“指定”。 分两个阶段：特化和决定。 特化：指细胞或组织在一个中性环境中，按原 先被指定的命运自主地进行分化。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

决定：指细胞或组织即使处在胚胎的另一区域，仍不 受周围其他细胞或组织的影响，按原先指定的命运 自主地进行分化。 三种指定方式： (一)自主特化 大部分无脊椎动物的特性 (二)条件特化 所有脊椎动物和少数无脊椎动物的特 性 (三)合胞特化 昆虫纲的无脊椎动物的特性。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

四、细胞程序性死亡 1、细胞程序性死亡的概念 在多细胞生物体中的一些细胞当不再为生 物体所需时，或是已受到损伤时，会激活受 遗传控制的自我毁灭，称为细胞程序性死亡。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

2、细胞程序性死亡的形式 (1)细胞凋亡 (2)其他类型 2

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

当地时间2002年10月7日，瑞典卡罗林斯卡医学院 诺贝尔奖评审委员会将2002年诺贝尔生理学或医学 奖授予了悉尼·布雷内、罗伯特·霍维茨和约翰·苏尔 斯顿等三位科学家，以表彰他们在“细胞程序性死 亡”这一领域中的开创性工作。他们不但发现在生 物的器官发育过程中存在细胞程序性死亡，而且阐 明了细胞程序性死亡过程中的基因规律。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

布雷内慧眼识线虫 20世纪60年代末，英国科学家悉尼·布雷内 希望能找到一种适于基因水平研究，并能确 定完整的神经系统的实验生物模型。最终布 雷内选择了一种较为简单的生物——秀丽隐 杆线虫。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

秀丽隐杆线虫非常适合用作基因分析，除了显而易 见的体形小、生长周期快等优点外，还因为它是一 种可以自我繁殖的雌雄同体生物，非常有利于得到 具有同一基因结构的纯

合体线虫。另外，秀丽隐杆 线虫还存在一种雄性个体，它不能自我繁殖，必须 与雌雄同体的线虫交配才可繁衍后代。利用雄性个 体，人们可以将突变基因从一种线虫转移到另一种 线虫中去。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

事实上，利用线虫的形体和运动特征以及协调性缺 乏等突变特征，布雷内建立了最为丰富的突变体线 虫株，并将线虫形体、行为的改变与染色体上的突 变位点——对应起来。这就使得基因分析能够和细 胞的分裂、分化以及器官的发育联系起来，为后来 人们发现细胞凋亡及其机制奠定了基础。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

苏尔斯顿提出“细胞程序性死亡” 秀丽隐杆线虫非常小而且是透明的，成年的雌雄同体线 虫总共才959个细胞，这就便于研究人员通过显微镜观察活 的完整线虫的内部构造，并且能直接观察线虫发育过程中单 个细胞的迁移、分裂以及死亡，从而使人们能了解线虫发育 过程中各个细胞的命运。英国科学家约翰·苏尔斯顿和美国科 学家罗伯特·霍维茨就是利用这种手段.通过艰苦的工作，确 定了线虫发育过程中每一个细胞的分裂和分化及其最终的命 运。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

科学家们发现，在脊椎动物和非脊椎动物的 正常发育过程中都存在细胞正常死亡的现象， 这些细胞的死亡都伴随着一系列的形态改变， 不对周边细胞产生影响。苏尔斯顿将这些细 胞死亡解释为“细胞程序性死亡”,并且仔 细地描述了在这一过程中细胞经历的变化。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

在雌雄同体的秀丽隐杆线虫发育过程中，有 131个细胞发生了凋亡。苏尔斯顿发现线虫中这种 不同寻常的细胞死亡后，和其他科学家对其机制展 开了深入的研究。他们利用布雷内建立的突变的线 虫株，发现并分离了一系列影响细胞凋亡的基因， 包括ced-1、ced-2 和 nuc-1,提出生物发育过程中 细胞的凋亡是由一系列基因控制的。 创造性的毁 灭——细胞凋亡(二)

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

霍维茨等人确认“死亡基因” 1986年，罗伯特·霍维茨及其学生发现了线虫中 在细胞凋亡过程中起关键作用的两种基因：ced-3 和ced-4。这两种基因的缺失将改变细胞的命运，使 线虫中原本正常情况下会死亡的细胞存活并继续分 化下去。同时，对于早先发现的在细胞凋亡中起作 用的基因，他们也弄清楚了它们所起的确切作用。

第九章遗传与发育

遗传学GENETICS

在知道了控制线虫细胞凋亡的关键性基 因后，霍维茨的一位中国学生于1993年克隆 了ced-3 基因，并且发现该基因表达的蛋白 质与哺乳动物中的一种酶非常相似。随后的 研究发现，该酶与细胞凋亡相关，这表明在 哺乳动物中也存在引起细胞凋亡的基因及其 表达。