2-9. Генетика развития

Регенерация шляпки при перекрестном сращивании у ацетабулярии
Acetabularia mediterranea-M
Acetabularia crenulata-C
Андрогенез у тутового шелкопряда (Астауров)
Георгий Викторович Лопашов
(пересадка ядер у тритона)
Джон Гёрдон
1
Головастик
(линия с одним ядрышком)
2
Неоплодотворенное яйцо
(линия с двумя ядрышками)
Кишечник
головастика
Облучение
Эпителиальные клетки
3
4
Яйцо-реципиент
Бластула
5
Ядро из клетки кишечника
Бластула
Головастик
Ядро из клетки
кишечника
Отсутствие
дробления
Аномальный
зародыш
Взрослая лягушка
(линия с одним ядрышком)
Схема пересадки ядер из кишечника головастика в
неоплодотворенное яйцо лягушки Xenopus laevis
Овечка (слева), развившаяся из клетки молочной железы,
взятой от овцы беломордой породы и трансплантированной
в овцу черномордой породы (справа) 1997.
Эрнст Хадорн
Из имагинальных дисков дрозофилы формируются разные органы. Крыловой диск формирует
крыло и часть нотума. Диски можно поддерживать в состоянии когда окончательная дифференцровка
не происходит – для этого из надо трансплантировать в брюшко самки. Можно также вызвать
состояние конечной дифференцировки – для этого надо пересадить диск в личинку, где после
действия гормонов из тела взрослой особи можно извлечь сформированный орган.
Диски дрозофилы поддерживали с помощью пересадок в брюшко новых самок (раз в две недели)
в течение 6 лет (160 пересадок). Оказалось, что после такого культивирования диски сохранили
способность терминально дифференцироваться в крыло. Однако иногда происходит процесс
трансдетерминации
трансдетерминация
в нормальной линии
а
у мутантов exuperantia
б
swallow
в
staufen
г
Распределение по длине яйца дрозофилы матричной РНК,
считанной с гена bicoid
bicoid
hunchback
torso
nanos
Распределение морфогенов по продольной оси яйца дрозофилы
Эмбриональное развитие дрозофилы
Оплодотворенное яйцо
с двумя родительскими ядрами
Пронуклеус самца (N)
Задний
конец
яйца
Передний
конец
яйца
Пронуклеус самки (N)
Полярная
цитоплазма
Слияние родительских ядер
и образование зиготы
Образование синцития в результате
9 последовательных делений ядер
в общей цитоплазме
Ядро зиготы
2N
Ядра мигрируют к стенкам яйца
и делятся еще 4 раза, образуя
однослойный мешок
Бластодерма из 4000 клеток.
Завершение образования
клеточных мембран
Полярные клетки
(зачатки клеток
зародышевого пути)
hb
б
bcd
GGAAGTCATAAAAACACATAATAATGATGTCGAAGGGATTAGG
gt
а
-1500 пн
Kr
gt
bcd
bcd
bcd
в
gt
gt
Kr
bcd
Kr
bcd
hb
Kr
bcd
-800
Kr
Kr
hb
bcd
GTTAATCCGTTTGCCATCAGCGAGATTATTAGTCAATTGCAGTTG
Kr
gt
Часть регуляторного района гена eve длиной 700 пн
hb
Яйцо
Расположение сегментов
на разных этапах
развития дрозофилы
Спинная сторона
Передний
конец
Клеточная
бластодерма
Задний
конец
Брюшная сторона
Парасегменты
4 5 6
7
8 9 10 1112 13 14
Компартменты
Эмбрион
в возрасте
10 часов
A P A P A P A P A P A P A P A P A PA PA P
Сегменты
A8
T1
A7
T2 T3 A1
A6
A2 A3
A4 A5
Взрослое
насекомое
T2
T3
T1
A1 A2 A3
A4 A5
A6 A7
A8
Парасегменты – это сегменты с
плохоразличимыми границами
на морфологическом уровне.
Торакальные
сегменты
Брюшные
сегменты
Ген
Нормальная личинка,
место действия гена
закрашено красным
Эффект мутации
Время экспрессии
Gap (Krьppel)
Отсутствуют
прилегающие
сегменты
Pair-rule
(even-skipped)
Потеря каждого 11-12 деления
второго сегмента
Гены сегментации
(gooseberry)
Сегменты
заменены
на зеркальные
До 11 деления
13 деление
Типы генов сегментации у дрозофилы по их мутантному проявлению
а
б
в
Иерархия действия генов сегментации.
Подразделение эмбриона на широкие домены (а), парасегменты (б) и компартменты (в)
а
глаз
ариста
антенна
б
ротовые части
в
Голова дрозофилы дикого типа (а) и гомеозисные превращения
антенны (б) и аристы (в) в ногу в результате мутаций
Antennapedia и aristapedia соответственно
а
б
в
HEAD
PRO
MS
MT
AB1
AB2
AB3
AB4
AB5
AB6
AB7
AB8
Схема сегментального строения личинки и взрослой мухи
Эдвард Льюис
T2
A1 A2 A3
A4 A5
A6 A7
T3
T1
A8
Сегменты
T2
Мутации Ubx
T3
A3
A4
A5
A6
A7
A8
pbx
Регуляторные мутации
abx
bx
abx/bx
Регуляторные
последовательности
-100
Структурные гены
A1 A2
Ubx
bxd
-50
Ubx
bxd/pbx
0
iab-2 iab-3 iab-4iab-5 iab-6 iab-7
+50
+100
abdA
Организация комплекса генов BX-C
iab-8, 9
+150
AbdB
+200
Схема нарушений
дифференцировки в
результате мутаций генов
Ubx, abd-A и Abd-B
Лимфатические клетки 374
Эндотелиальные клетки 1031
Слюнная железа 17
Щитовидная железа 584
Околощитовидная железа 46
Гладкая мускулатура 127
Молочная железа 696
Поджелудочная железа 1094
Селезенка 1094
Надпочечники 658
Желчный пузырь 788
Большой сальник 163
Тонкий кишечник 297
Плацента 1290
Простата 1283
Скелетная мышца 735
Белая кровяная
клетка 2164
Мозг 3195
Глаз 547
Кость 904
Жировая ткань 581
Тимус 261
Пищевод 76
Легкие 1887
Сердце 1195
Печень 2091
Эритроцит 8
Тромбоит 22
Толстый
кишечник 879
Почка 712
Яичник 504
Семенник 370
Матка 1859
Кожа 620
Эмбрион 1989
Яичко 1232
Синовиальная
оболочка 813
Число генов, вовлеченных в развитие и функционирование
органов и тканей человека
I
1
10
N-конец
20
30
Спираль I
Петля
40
Спираль II
Поворот
50
Спираль III
60
Спираль IV
R K R GR QT YT R YQ TL E LE K E F H F N RY LT R R R RI E IAHAL CL T ER Q I K IW F Q N R R MK W K K EN
d
II
1
d d
d
c
10
c
(c)
20
d c
d
d
30
cc
c c
c
40
d d c
d c c d d d d d d
50
60
R R RK R TAYT RY QL L E LE K E F H F N RY LT R R RR I E LAHS L N LT E R QV K I WF Q N R RM K WK K E N
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Консервативность организации гомеодоменов, с-гидрофобная
сердцевина, d – связывание с ДНК.
Колинеарность расположения гомеозисных генов
и картины их экспрессии у дрозофилы и мыши
а
г
б
д
в
е
Схема строения глаза