第十四章 遗传与发育

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； 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；细胞核内 的“遗传信息”决定着个体发育的方向和模式，为蛋白质的合成提供模板 遗传信息”决定着个体发育的方向和模式， (mRNA)以及其它各种重要的 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； 以及其它各种重要的 ，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 的复制、 的转录以及tRNA、 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 的复制 的转录以及 、 rRNA的合成提供原料和能量。另一方面，细胞质中的一些物质又能调节和制 的合成提供原料和能量。另一方面， 的合成提供原料和能量 约核基因的活性， 约核基因的活性，使得相同的细胞核由于不同的细胞质的影响而导致细胞的分 化。 四、环境条件的影响 生物个体的发育，与个体所处的环境条件密切相关。 生物个体的发育，与个体所处的环境条件密切相关。环境中的很多生物 及非生物因子，都可以调控相关基因的表达，影响个体发育。 及非生物因子，都可以调控相关基因的表达，影响个体发育。
果蝇的触角脚突变，能够使果蝇头上触角部位长出脚来。 果蝇的触角脚突变，能够使果蝇头上触角部位长出脚来。这种脚与正常的脚 形态相同，但生长的位置却完全不同。这种现象称为同形异位现象。 形态相同，但生长的位置却完全不同。这种现象称为同形异位现象。
三、基因与发育过程 个体发育阶段性转变的过程，实质上是不同基因被激活或被阻遏的过程。 个体发育阶段性转变的过程，实质上是不同基因被激活或被阻遏的过程。 在发育的某个阶段，某些基因被激活而得到表达， 在发育的某个阶段，某些基因被激活而得到表达，另一些基因则处于被阻遏 状态。在发育的另一阶段，原来被阻遏的基因因激活而表达了， 状态。在发育的另一阶段，原来被阻遏的基因因激活而表达了，原来表达的 基因却被阻遏。 基因却被阻遏。 基因是否得到表达，可从它的表达产物一蛋白质或转录产物 基因是否得到表达，可从它的表达产物一蛋白质或转录产物mRNA （差异显示），或通过比较突变型与野生型的表型来推断。 差异显示），或通过比较突变型与野生型的表型来推断。 ），或通过比较突变型与野生型的表型来推断 1、噬菌体的分化和自然装配 、 利用突变体所进行的研究，已发现控制 噬菌体各 部件”的合成以及装配， 噬菌体各“ 利用突变体所进行的研究，已发现控制T4噬菌体各“部件”的合成以及装配， 需要70个基因。大致分成二类： 需要 个基因。大致分成二类： 个基因 早期基因: 主要控制早期侵染行为，产生早期的mRNA，编码合成噬菌体 早期基因 主要控制早期侵染行为，产生早期的 ， DNA的酶等。 的酶等。 的酶等 晚期基因：主要控制蛋白质“部件”的合成，装配新噬菌体并产生溶菌酶。 晚期基因：主要控制蛋白质“部件”的合成，装配新噬菌体并产生溶菌酶。
大豆种子发育过 程中七种不同类 mRNA出现时间 型mRNA出现时间 及相对数量。 及相对数量。线 条粗细代表mRNA 条粗细代表mRNA 的相对含量
4、高等动物发育中基因的顺序表达 、 人的血红蛋白链的变化，也足以说明个体发育过程中不同基因的表达顺序。 人的血红蛋白链的变化，也足以说明个体发育过程中不同基因的表达顺序。 人的血红蛋白是由两条相同的α链和两条相同的β链聚合而成的四聚体，即 人的血红蛋白是由两条相同的α链和两条相同的 链聚合而成的四聚体， 链聚合而成的四聚体 α2β2。 β 。 个活性α α链基因簇包括一个活性ξ基因、2个活性α基因、1个ξ假基因、2个α假基因。 链基因簇包括一个活性ξ基因、 个活性 基因、 个 假基因、 个 假基因。 β链基因簇含有 个功能性基因 ε，2γ，1δ和1β基因 、1个β假基因。 链基因簇含有5个功能性基因 基因)、 个 假基因 假基因。 链基因簇含有 个功能性基因(1ε γ δ 基因 在人的一生中，血红蛋白的链要经历多次变化， 在人的一生中，血红蛋白的链要经历多次变化，即这些不同的链是在发育的不 同时期表达的。 同时期表达的。 胚胎期(8周前)： ε 胚胎期(8周前)：ξ2ε2 ξ2γ2 α2ε2 周前 γ ε 胎儿期(3-9个月 ：α2γ2 个月)： γ 胎儿期 个月 成人期(自出生开始 ： δ 成人期 自出生开始)：α2δ2 α2β2 自出生开始 β
第二节 基因对个体发育的控制 一、个体发育的阶段性 个体发育存在阶段性，在个体发育的过程中，各种性状的发育， 个体发育存在阶段性，在个体发育的过程中，各种性状的发育，从受 精卵开始分裂时就开始了。 精卵开始分裂时就开始了。这种个体发育的阶段性实质上是不同基因的被 激活或被阻遏的过程。 激活或被阻遏的过程。 二、基因与发育模式 个体发育所经历的不同阶段，总是遵循预定的方向和模式。 个体发育所经历的不同阶段，总是遵循预定的方向和模式。这是由个体 的基因所决定的。同形异位基因就是其中的一种主要类型。同形异位基因控 的基因所决定的。同形异位基因就是其中的一种主要类型。 就是其中的一种主要类型 制个体的发育模式、组织和器官的形成。 制个体的发育模式、组织和器官的形成。同形异位基因最早发现于果蝇胚胎 发育中
海胆的个体发育

正常个体
不能发育
动物半球
空心纤毛状球状体
植物半球
海胆卵的切割实验
不完整胚
花粉粒的发育
退化
珠孔 卵细胞的发育
二、细胞核在细胞生长和分化中的作用
伞藻是一种大型的单细胞 海生绿藻， 海生绿藻，细胞核在基部 的假根内。 的假根内。 据研究， 据研究，控制子实体形态 的物质是mRNA。它在核内 。 的物质是 形成后迅速向藻体上部移 动，编码决定子实体形态 的特殊蛋白质的合成。 的特殊蛋白质的合成。 刚开始长出 中间型子实 体，去掉后， 张成新的子 实体
第三节 细胞的全能性 细胞的全能性(totipotency)：个体某个器官或组织已经分化的细 ： 细胞的全能性 胞在适宜的条件下再生成完整个体的遗传潜力。 胞在适宜的条件下再生成完整个体的遗传潜力。
3、高等植物发育中基因的顺序表达 、 高等植物发育中基因的表达在时间和空间上都是受到精确控制的。 高等植物发育中基因的表达在时间和空间上都是受到精确控制的。某 一特定发育时期某些mRNA及蛋白质合成的变化，即是有关基因根据植物 及蛋白质合成的变化， 一特定发育时期某些 及蛋白质合成的变化 发育的需要依次表达的结果。 发育的需要依次表达的结果。
第十四章
遗传与发育
高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细胞分裂和分化，长成新的个体。 高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细胞分裂和分化，长成新的个体。 这个过程通常称为个体发育
第一节 细胞核和细胞质在个体发育中的作用 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 植物的卵细胞虽然是单细胞的， 胞器有分化外，还存在动物极、植物极， 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。 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。
无论早期基 因或晚期基 因发生突变， 因发生突变， 不能形成完 整的噬菌体。 整的噬菌体。 2、细胞粘菌的发育控制 、 在盘基网柄菌的不同发育阶段，由不同的阶段性专一酶，分别在发育的早期、 在盘基网柄菌的不同发育阶段，由不同的阶段性专一酶，分别在发育的早期、 中期、晚期发挥作用： 中期、晚期发挥作用： 早期酶： 乙酰葡萄糖胺酶 早期酶：N-乙酰葡萄糖胺酶 α-甘露糖苷酶 甘露糖苷酶 中期酶： 中期酶：苏氨酸脱氨酶 海藻糖磷酸合成酶 晚期酶： 晚期酶：碱性磷酸酯酶 β-葡萄糖苷酶 葡萄糖苷酶