胚軸的特化與體軸的建立

胚軸的特化與體軸的建立第一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二胚胎不但要產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞，而且要由這些細(xì)胞構(gòu)成功能性的組織和器官并形成有序空間結(jié)構(gòu)的形體模式（bodyplan）。胚胎細(xì)胞形成不同組織、器官，構(gòu)成有序空間結(jié)構(gòu)的過程稱為圖式形成（patternformation）。在動(dòng)物胚胎發(fā)育中，最初的圖式形成主要涉及胚軸（embryonicaxes）形成及其一系列相關(guān)的細(xì)胞分化過程。胚軸指胚胎的前－后軸（anterior-posterioraxes）和背–腹軸（dorsal-ventralaxis）。胚軸形成是在一系列基因的多層次、網(wǎng)絡(luò)調(diào)控下完成的。第二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二爪蟾尾芽期胚胎的前后軸、背腹軸和左右軸（中側(cè)軸），互成垂直角度。第三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二一、果蠅胚軸的形成現(xiàn)已篩選到與胚胎前后軸和背腹軸形成有關(guān)的約50個(gè)母體效應(yīng)基因（maternaleffectgene）和120個(gè)合子基因（zygoticgene）。通過對(duì)這些基因的研究，我們對(duì)果蠅胚軸形成的調(diào)控機(jī)制已有了一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)。在果蠅最初的發(fā)育中，由母體效應(yīng)基因構(gòu)建位置信息的基本網(wǎng)絡(luò)，激活合子基因的表達(dá)，控制果蠅形體模式的建立。第四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅的卵、胚胎、幼蟲和成體都具有明確的前-后軸和背-腹軸。果蠅形體模式的形成是沿前-后軸和背-腹軸進(jìn)行的。果蠅胚胎和幼蟲沿前-后軸可分為頭節(jié)、3個(gè)胸節(jié)和8個(gè)腹節(jié)，兩末端又分化出前面的原頭（acron）和尾端的尾節(jié)（telson）；沿背腹軸分化為背部外胚層、腹側(cè)外胚層、中胚層和羊漿膜。1.果蠅胚胎的極性第五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅沿前后軸、背腹軸和中側(cè)軸建立形體模式。第六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅幼蟲與成體分節(jié)的比較第七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二早在20世紀(jì)初，胚胎學(xué)家就注意到很多動(dòng)物定位于受精卵中特定部位的細(xì)胞質(zhì)與胚胎某些特定部位的發(fā)育有關(guān)。果蠅卵前、后極少量細(xì)胞質(zhì)的流失，會(huì)分別造成胚胎缺失頭胸部和腹部結(jié)構(gòu)，其他部位細(xì)胞質(zhì)的少量流失都不會(huì)影響形體模式形成。這說明果蠅卵子前后極的細(xì)胞質(zhì)中含有與果蠅圖式形成有關(guān)的信息。第八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅早期胚軸形成涉及一個(gè)由母體效應(yīng)基因產(chǎn)物構(gòu)成的位置信息網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，一定濃度的特異性母源性RNA和蛋白質(zhì)沿前–后軸和背–腹軸的不同區(qū)域分布，以激活胚胎基因組的程序。有4組母體效應(yīng)基因與果蠅胚軸形成有關(guān)，其中3組與胚胎前–后軸的決定有關(guān)，另一組基因決定胚胎的背腹軸。第九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二決定前后軸的3組母體效應(yīng)基因包括：前端系統(tǒng)（anteriorsystem）決定頭胸部分節(jié)的區(qū)域，后端系統(tǒng)（posteriorsystem）決定分節(jié)的腹部，末端系統(tǒng)（terminalsystem）決定胚胎兩端不分節(jié)的原頭區(qū)和尾節(jié)。另一組基因即背腹系統(tǒng)（dorsoventralsystem），決定胚胎的背–腹軸。第十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二在卵子發(fā)生過程中，這些母體效應(yīng)基因的mRNA由滋養(yǎng)細(xì)胞合成轉(zhuǎn)運(yùn)至卵子，定位于卵子的一定區(qū)域。這些mRNA編碼轉(zhuǎn)錄因子或翻譯調(diào)控蛋白因子，它們?cè)谑芫罅⒓捶g且分布于整個(gè)合胞體胚盤中，激活或抑制一些合子基因的表達(dá)，調(diào)控果蠅胚軸的形成。這些母體效應(yīng)基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物又稱為形態(tài)發(fā)生素（morphogen）。第十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二滋養(yǎng)細(xì)胞合成mRNA,rRNA，甚至是完整的核糖體，并通過細(xì)胞間橋的胼合體，單向轉(zhuǎn)運(yùn)到卵母細(xì)胞里。第十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二

果蠅前后極性的產(chǎn)生果蠅胚胎、幼蟲、成體的前后極性均來源于卵子的極性。對(duì)于調(diào)節(jié)胚胎前–后軸的形成有4個(gè)非常重要的形態(tài)發(fā)生素：BICOID(BCD)和HUNCHBACK(HB)調(diào)節(jié)胚胎前端結(jié)構(gòu)的形成，NANOS(NOS)和CAUDAL(CDL)調(diào)節(jié)胚胎后端結(jié)構(gòu)的形成。2.果蠅前–后軸的形成第十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二形態(tài)發(fā)生素調(diào)節(jié)首先表達(dá)的合子基因，即缺口基因（gapgene）的表達(dá)。不同濃度缺口基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物引起成對(duì)控制基因（pair-rulegene）的表達(dá)，形成與前后軸垂直的7條表達(dá)帶。成對(duì)控制基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物激活體節(jié)極性基因（segmentpolaritygene）的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)一步將胚胎劃分為14個(gè)體節(jié)。缺口基因、成對(duì)控制基因以及體節(jié)極性基因共同調(diào)節(jié)同源異型基因（homeoticgene）的表達(dá)，決定每個(gè)體節(jié)的發(fā)育命運(yùn)。第十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅形體模式建成過程中沿前后軸不同層次基因內(nèi)的表達(dá)。第十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二不同組的基因順序表達(dá)沿前后軸建立身體的模式。第十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二前端系統(tǒng)至少包括4個(gè)主要基因，其中bicoid（bcd）基因?qū)τ谇岸私Y(jié)構(gòu)的決定起關(guān)鍵的作用。BCD具有組織和決定胚胎極性與空間圖式的功能。

bcd是一種母體效應(yīng)基因，其mRNA由滋養(yǎng)細(xì)胞合成，后轉(zhuǎn)運(yùn)至卵子并定位于預(yù)定胚胎的前極。exuperantia、swallow和staufen基因與bcdmRNA的定位有關(guān)。前端組織中心第十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二bcdmRNA由滋養(yǎng)細(xì)胞合成，后轉(zhuǎn)移至卵細(xì)胞中并定位于卵細(xì)胞的前極。第十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二BCD具有組織和決定胚胎極性與空間圖式的功能第十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二bcdmRNA3’末端非翻譯區(qū)中含有與其定位有關(guān)的序列。受精后bcdmRNA迅速翻譯，BCD蛋白在前端累積并向后端彌散，形成從前向后穩(wěn)定的濃度梯度，主要覆蓋胚胎前2/3區(qū)域。第二十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二母源性基因bicoidmRNA在卵子中的分布以及受精后biocoid蛋白的濃度梯度。隨著BCD蛋白在胚胎中的擴(kuò)散，這種蛋白質(zhì)也開始降解——它有著大約30分鐘的半衰期。這種降解對(duì)于建立起前后濃度梯度是非常重要的。

第二十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二bcdmRNA在受精后迅速翻譯，形成BCD蛋白從前到后的梯度。突變型的BCD均勻分布，不能形成前后濃度梯度第二十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二bcd

基因編碼的BCD蛋白是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。另一母體效應(yīng)基因hunchback（hb）是其靶基因之一,控制胚胎胸部及頭部部分結(jié)構(gòu)的發(fā)育。hb在合胞體胚盤階段開始翻譯，表達(dá)區(qū)域主要位于胚胎前部，HB蛋白從前向后也形成一種濃度梯度。hb基因的表達(dá)受BCD蛋白濃度梯度的控制，只有BCD蛋白的濃度達(dá)到一定臨界值才能啟動(dòng)hb基因的表達(dá)。第二十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二母源性bicoid蛋白控制合子型基因hunchback

的表達(dá)。

第二十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二四種形態(tài)發(fā)生素在果蠅受精卵和胚胎中沿前后軸分布的濃度變化。第二十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二hunchback又可開啟一些缺口基因如giant、krüppel和knips等基因的表達(dá)。缺口基因按一定順序沿前后軸進(jìn)行表達(dá)。第二十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二krüppel基因的活性受hunchback蛋白的控制。第二十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二不同靶基因的啟動(dòng)子與BCD蛋白具有不同的親和力，BCD蛋白的濃度梯度可以同時(shí)特異性地啟動(dòng)不同基因的表達(dá)，從而將胚胎劃分為不同的區(qū)域。btd、ems和otd基因很可能也是BCD蛋白的靶基因。第二十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二后端系統(tǒng)包括約10個(gè)基因，這些基因的突變都會(huì)導(dǎo)致胚胎腹部的缺失。在這一系統(tǒng)中起核心作用的是nanos（nos）基因。后端系統(tǒng)在控制圖式形成中起的作用與前端系統(tǒng)有相似之處，但發(fā)揮作用的方式與前端系統(tǒng)不同。后端組織中心第二十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二后端系統(tǒng)并不像BCD蛋白那樣起指導(dǎo)性的作用，不能直接調(diào)節(jié)合子基因的表達(dá)，而是通過抑制一種轉(zhuǎn)錄因子的翻譯來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在果蠅卵子發(fā)生過程中，nosmRNA定位于卵子后極。nos基因的編碼產(chǎn)物NANOS（NOS）蛋白活性從后向前彌散形成一種濃度梯度。NOS蛋白的功能是在胚胎后端區(qū)域抑制母性hbmRNA的翻譯。第三十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二NanosmRNA也是由滋養(yǎng)細(xì)胞合成，后轉(zhuǎn)運(yùn)至卵細(xì)胞中，定位于卵細(xì)胞的后極。第三十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二母源性hunchback蛋白濃度梯度的建立

第三十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二hb基因是在卵子發(fā)生過程中轉(zhuǎn)錄的母體效應(yīng)基因，hbmRNA在卵子中是均勻分布的。在卵裂階段HB蛋白開始合成。分布在胚胎后部的hbmRNA的翻譯被NOS的濃度梯度所抑制，而在前部BCD蛋白濃度梯度可以激活合子hb基因的表達(dá)。結(jié)果HB蛋白的分布區(qū)域只位于胚胎前半部分。NOS對(duì)hb和bcd基因表達(dá)的抑制作用是在翻譯水平上進(jìn)行的。第三十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二另一個(gè)重要的母源性產(chǎn)物caudal（cdl）mRNA最初也是均勻分布于整個(gè)卵質(zhì)內(nèi)，BCD能抑制cdlmRNA的翻譯。在BCD活性從前到后降低的濃度梯度作用下形成CDL蛋白從后到前降低的濃度梯度。cdl基因的突變導(dǎo)致腹部體節(jié)發(fā)育不正常。第三十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二四種形態(tài)發(fā)生素在果蠅受精卵和胚胎中沿前后軸分布的濃度變化。第三十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二前端系統(tǒng)和后端系統(tǒng)蛋白因子之間的翻譯調(diào)控確立了果蠅的前后軸。第三十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二末端系統(tǒng)包括約9個(gè)母體效應(yīng)基因。這個(gè)系統(tǒng)基因的失活會(huì)導(dǎo)致胚胎不分節(jié)的部分，即前端原頭區(qū)和后端尾節(jié)缺失。在這一系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的是torso（tor）基因。如果前端和后端系統(tǒng)都失活，果蠅胚胎仍可產(chǎn)生某些前后圖式，形成具有兩個(gè)尾節(jié)的胚胎。末端系統(tǒng)：TORSO信號(hào)途徑第三十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二Torso系統(tǒng)基因的失活會(huì)導(dǎo)致胚胎不分節(jié)的部分，即前端原頭區(qū)和后端尾節(jié)缺失第三十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二tor基因編碼一種跨膜酪氨酸激酶受體（receptortyrosinekinase，RTK），在整個(gè)合胞體胚胎的表面表達(dá)。其NH2－基端位于細(xì)胞膜外，COOH基端位于細(xì)胞膜內(nèi)。當(dāng)胚胎前、后端細(xì)胞外存在某種信號(hào)分子（配體）時(shí)可使TOR特異性活化，最終導(dǎo)致胚胎前、后末端細(xì)胞命運(yùn)的特化。torso-like

（tsl）基因可能編碼這一配體。第三十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二末端系統(tǒng)：Torso信號(hào)途徑第四十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二受體蛋白torso參與胚胎末端的特化。第四十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二TOR與配體結(jié)合后，引起自身磷酸化，經(jīng)一系列信號(hào)傳遞，最終激活合子靶基因的表達(dá)。在卵子發(fā)生過程中，tsl在卵子前極的邊緣細(xì)胞和卵室后端的極性濾泡細(xì)胞中表達(dá)。TSL蛋白被釋放到卵子兩極處的卵周隙中，由于TOR蛋白過量，TSL不會(huì)擴(kuò)散末端區(qū)以外，從而保證tor基因只在末端區(qū)被活化。除TSL外，末端系統(tǒng)所需要的其他成分如trk、fssDN和fssDph在胚胎中都是均勻分布的。第四十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二Torso信號(hào)傳導(dǎo)途徑第四十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二影響果蠅胚胎前后極性的母體效應(yīng)基因第四十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二第四十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二3.果蠅背–腹軸的形成與果蠅胚軸形成有關(guān)的4組母體效應(yīng)基因中，背–腹系統(tǒng)最為復(fù)雜，涉及約20個(gè)基因。其中dorsal（dl）等基因的突變會(huì)導(dǎo)致胚胎背部化，即產(chǎn)生具有背部結(jié)構(gòu)而沒有腹部結(jié)構(gòu)的胚胎。與此相反，cactus等基因的突變則引起胚胎腹部化，產(chǎn)生只具有腹部結(jié)構(gòu)的胚胎。第四十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二背–腹系統(tǒng)的作用方式與末端系統(tǒng)有相似之處。通過一種局部分布的信號(hào)分子，即定位于卵子腹側(cè)卵黃膜上的配體激活分布于腹側(cè)卵黃膜上的受體，進(jìn)而調(diào)節(jié)合子基因的表達(dá)。背-腹系統(tǒng)對(duì)合子靶基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式與前端系統(tǒng)相似，通過一種轉(zhuǎn)錄因子的濃度梯度來完成。第四十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二但背腹系統(tǒng)濃度梯度形成的方式卻與前端系統(tǒng)完全不同。dl基因是這一信號(hào)傳導(dǎo)途徑的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，它編碼一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。dlmRNA和DL蛋白在卵子中是均勻分布。當(dāng)胚胎發(fā)育到第9次細(xì)胞核分裂之后，細(xì)胞核遷移到達(dá)合胞體胚盤的外周皮質(zhì)層，在腹側(cè)的DL蛋白開始往核內(nèi)聚集，但背側(cè)的DL蛋白仍位于胞質(zhì)中。從而，使DL蛋白在細(xì)胞核內(nèi)的分布沿背腹軸形成一種濃度梯度。第四十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二DL蛋白定位于細(xì)胞核中的機(jī)制cactus基因與DL蛋白能否進(jìn)入細(xì)胞核這一調(diào)控過程有關(guān)。CACTUS與DL結(jié)合時(shí)，DL蛋白不能進(jìn)入細(xì)胞核。第四十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二toll基因在這一系統(tǒng)中具有及其重要的作用。TOLL是一種跨膜受體蛋白，其配體分子也是母源性產(chǎn)物，是sp?tzle基因編碼蛋白的裂解片段。Sp?tzle蛋白由卵室腹側(cè)的特異性濾泡細(xì)胞產(chǎn)生，在胚胎發(fā)育的早期被釋放定位于卵周隙中。Sp?tzle蛋白與DL受體結(jié)合并使之活化，進(jìn)而激發(fā)一系列細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，最終使CACTUS蛋白降解，DL蛋白釋放進(jìn)而進(jìn)入細(xì)胞核。第五十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二DL蛋白的濃度梯度通過對(duì)下游靶基因的調(diào)控，控制沿背-腹軸產(chǎn)生區(qū)域特異性的位置信息。這種濃度梯度在腹側(cè)組織中可活化合子基因twist

（twi）和snail

（sna）的表達(dá)，同時(shí)抑制dpp和zen基因的表達(dá)，進(jìn)而指導(dǎo)腹部結(jié)構(gòu)的發(fā)育。dpp和zen基因在胚胎背側(cè)表達(dá)，指導(dǎo)背部結(jié)構(gòu)的發(fā)育。第五十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二Toll蛋白的活化導(dǎo)致沿背腹軸方向細(xì)胞核之間dorsal蛋白梯度的形成。第五十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅核蛋白dorsal沿背腹軸的梯度將身體分為不同部分的模型。

第五十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二分節(jié)基因的功能是把早期胚胎沿前–后軸分為一系列重復(fù)的體節(jié)原基。分節(jié)基因的突變可使胚胎缺失某些體節(jié)或體節(jié)的某些部分。根據(jù)分節(jié)基因的突變表型及作用方式可分為三類：缺口基因、成對(duì)控制基因和體節(jié)極性基因，這三類基因的調(diào)控是逐級(jí)進(jìn)行的。4.分節(jié)基因與胚胎體節(jié)的形成第五十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二首先由母體效應(yīng)基因控制缺口基因的活化，其次缺口基因之間互相調(diào)節(jié)彼此的轉(zhuǎn)錄且共同調(diào)節(jié)成對(duì)控制基因的表達(dá)，然后成對(duì)控制基因之間相互作用，把胚體分隔成為一系列重復(fù)的體節(jié)，并且進(jìn)一步控制體節(jié)極性基因的表達(dá)。所以，胚盤末期的每一個(gè)體節(jié)原基都具有其獨(dú)特基因表達(dá)的組合，從而決定每個(gè)體節(jié)的特征。第五十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二缺口基因（gapgene）的表達(dá)區(qū)域?yàn)橐恍┹^寬的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的寬度約相當(dāng)于3個(gè)體節(jié)，表達(dá)區(qū)之間可有部分重疊。當(dāng)缺口基因突變時(shí)胚胎缺失相應(yīng)的區(qū)域。缺口基因直接受母體效應(yīng)基因的調(diào)控。

第五十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅胚胎的體節(jié)與副體節(jié)果蠅晚期胚胎和幼體的每個(gè)體節(jié)由前一副體節(jié)的后區(qū)和后一副體節(jié)的前區(qū)構(gòu)成。第五十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二Gap基因Krüppel在果蠅胚胎發(fā)育過程中不同時(shí)期的表達(dá)。第五十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二成對(duì)控制基因（pair-rulegene)的表達(dá)區(qū)域以兩個(gè)體節(jié)為單位且具有周期性，在相互間隔的一個(gè)副體節(jié)中表達(dá)。這些基因的功能是把缺口基因確定的區(qū)域進(jìn)一步分成體節(jié)。成對(duì)控制基因的表達(dá)是胚胎出現(xiàn)分節(jié)的最早標(biāo)志，它們?cè)诩?xì)胞化胚盤期第13次核分裂時(shí)表達(dá)。表達(dá)圖式沿前后軸形成一系列斑馬紋狀的條帶，將胚胎分為預(yù)定體節(jié)。第五十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅胚胎進(jìn)行細(xì)胞化之前成對(duì)控制基因even-skipped

（blue）和fushitarazu（brown）的條紋狀表達(dá)模式。第六十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二缺口基因的作用方式：既可以在一定的帶區(qū)活化基因表達(dá)，又可同時(shí)抑制其他表達(dá)帶區(qū)的形成。第六十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二體節(jié)極性基因（segmentpolaritygene）在每一體節(jié)的特定區(qū)域細(xì)胞中表達(dá)。engrailed（en）、hedgehog

（hh）和wingless（wg）基因是最重要的體節(jié)極性基因。前兩者在每一副體節(jié)最前端的一列細(xì)胞中表達(dá)，而后者在每一副體節(jié)的最后一列細(xì)胞中表達(dá)；這兩個(gè)基因的表達(dá)界限正好確立了副體節(jié)的界線。第六十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅晚期胚胎（11期）中engrailed基因的表達(dá)。

第六十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二engrailed、wingless和hedgehog的相互作用第六十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二hedgehog信號(hào)途徑。

第六十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅早期胚胎、晚期胚胎和成體中副體節(jié)和體節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

第六十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二在體節(jié)界限確定之后每個(gè)體節(jié)的結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步特化，此過程由主調(diào)節(jié)基因（masterregulatorygene）或稱為同源異型選擇者基因調(diào)控完成。同源異型選擇者基因的突變或異位表達(dá)可引起同源轉(zhuǎn)化現(xiàn)象（homeotictransformation）。同源異型選擇者基因表達(dá)圖式的建立受成對(duì)控制基因和缺口基因的調(diào)控。果蠅大部分同源異型選擇者基因位于3號(hào)染色體相鄰的兩個(gè)區(qū)域，其一為觸角足復(fù)合體Antp-C，另一個(gè)為雙胸復(fù)合體BX-C，二者統(tǒng)稱同源異型復(fù)合體HOM-C。第六十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二觸角足復(fù)合體Antp-C和雙胸復(fù)合體BX-C同源異型框選擇者基因第六十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二HOM-C結(jié)構(gòu)和表達(dá)示意圖第六十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二雙胸復(fù)合體BX-C的突變導(dǎo)致翅膀和平衡棒之間的同源轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。第七十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二HOM-C基因的結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的，有的基因有多個(gè)啟動(dòng)子和多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)。其另一個(gè)重要特征是都含有一段的保守序列，稱為同源異型框（homeobox）。含有同源異型框的基因統(tǒng)稱為同源異型框基因（homeoboxgene）。由同源異型框編碼的同源異型結(jié)構(gòu)域（homeodomain）可形成與DNA特異性結(jié)合的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)（helix-turn-helix）。第七十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二HOM-C同源異型框形成與DNA特異結(jié)合的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)。第七十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二果蠅HOM-C的表達(dá)使每一個(gè)體節(jié)被進(jìn)一步特化，這一機(jī)制在無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中都十分保守。第七十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二目前對(duì)果蠅胚胎早期發(fā)育機(jī)制已基本了解，胚胎的前–后軸和背–腹軸分別獨(dú)立地由母體效應(yīng)基因產(chǎn)物決定。這些母體效應(yīng)基因主要編碼轉(zhuǎn)錄因子，它們的產(chǎn)物通常形成一種濃度梯度并產(chǎn)生特異的位置信息，以進(jìn)一步激活一系列合子基因的表達(dá)。隨著這些基因的表達(dá)，胚胎被分成不同的區(qū)域。每個(gè)區(qū)域表達(dá)特異性基因的組合，沿前–后軸形成間隔性的圖式，即體節(jié)的前體形式。最后每一體節(jié)通過HOM-C基因的特異性表達(dá)而確定其特征。不同物種之間圖式形成的機(jī)制有著驚人的相似，果蠅圖式形成機(jī)制的研究成果對(duì)于其他動(dòng)物的發(fā)育機(jī)制研究具有重要的借鑒意義。第七十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二二、兩棲類胚軸形成兩棲類是調(diào)整型胚胎發(fā)育的典型模型，也是在胚軸形成機(jī)制方面了解較多的脊椎動(dòng)物。脊椎動(dòng)物胚軸的形成不僅與定位于囊胚期大量分裂球中的各種決定因子相關(guān)，更重要的作用機(jī)制則存在于以后的發(fā)育階段，發(fā)生在鄰近細(xì)胞之間的一系列相互作用。第七十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二兩棲類胚胎的背-腹軸和前-后軸是由受精時(shí)卵質(zhì)的重新分布而決定的。受精時(shí)在精子入卵處的對(duì)面產(chǎn)生有色素差異的灰色新月區(qū)，由此標(biāo)志預(yù)定胚胎的背側(cè)，精子進(jìn)入的一側(cè)發(fā)育成為胚胎的腹側(cè)。在動(dòng)物極附近的背側(cè)形成頭部，而與其相反的一側(cè)形成尾，從而形成胚胎的背-腹軸和前-后軸。中側(cè)軸或左右軸是隨著脊索的形成而確定的。第七十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二受精時(shí)的皮層轉(zhuǎn)動(dòng)形成兩棲類的左右對(duì)稱。第七十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二在原腸作用過程中，由組織者（organizer）誘導(dǎo)背部外胚層形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基—神經(jīng)管，并作用于側(cè)中胚層共同形成背-腹軸和前-后軸。背唇細(xì)胞及其衍生物脊索和脊索中胚層雖然還不足以作為整個(gè)胚胎的誘導(dǎo)者，在以后器官原基形成和器官形成中都存在誘導(dǎo)作用，但組織者啟動(dòng)了胚胎發(fā)育中的一系列誘導(dǎo)事件。1.組織者和Nieuwkoop中心第七十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二組織者的精細(xì)結(jié)構(gòu)。組織者特異基因的表達(dá)，可以把早期組織者細(xì)分成含有不同信息組合的亞區(qū)。第七十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二爪蟾和其他脊椎動(dòng)物胚胎前-后軸的形成在背-腹軸形成之后，胚胎的背部一旦建立隨即開始中胚層細(xì)胞的內(nèi)卷運(yùn)動(dòng)，并建立前-后軸。最先經(jīng)過胚孔背唇遷入的中胚層細(xì)胞產(chǎn)生前端結(jié)構(gòu)，從側(cè)唇和腹唇遷入的中胚層細(xì)胞形成后端結(jié)構(gòu)。第八十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二在兩棲類囊胚中最靠近背側(cè)的一群植物半球細(xì)胞，對(duì)組織者具有特殊的誘導(dǎo)能力，稱為Nieuwkoop中心（Nieuwkoopcenter）。Nieuwkoop中心是兼具動(dòng)物極和植物極細(xì)胞質(zhì)的特殊區(qū)域，含有背部中胚層誘導(dǎo)信號(hào)。原腸作用過程中新形成的中胚層是由其下方的植物極半球預(yù)定內(nèi)胚層細(xì)胞對(duì)動(dòng)物半球預(yù)定外胚層細(xì)胞誘導(dǎo)的結(jié)果。Nieuwkoop中心第八十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二爪蟾組織者和Nieuwkoop中心及中胚層誘導(dǎo)模型第八十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二

Nieuwkoop中心的分子生物學(xué)研究爪蟾的內(nèi)胚層細(xì)胞通過誘導(dǎo)預(yù)定中胚層細(xì)胞表達(dá)XenopusBrachyury

（Xbra）基因，進(jìn)而誘導(dǎo)中胚層的形成。最靠近背側(cè)的植物半球細(xì)胞，由于表達(dá)一些特殊的細(xì)胞因子而形成Nieuwkoop中心。β-CATENIN是Nieuwkoop中心的一個(gè)主要細(xì)胞因子。2.兩棲類胚軸形成的機(jī)制第八十三頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二β-catenin是一種母體效應(yīng)基因，其編碼的蛋白質(zhì)β-CATENIN既能錨定細(xì)胞膜上的鈣粘著蛋白，又是一個(gè)核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子。β-CATENIN在受精時(shí)卵質(zhì)的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)過程中在預(yù)定胚胎背部累積，在整個(gè)早期卵裂階段仍然主要在胚胎背部累積。到卵裂晚期只有Nieuwkoop中心的細(xì)胞具有β-CATENIN。β-CATENIN

對(duì)于形成背部結(jié)構(gòu)是必要的。第八十四頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二β-CATENIN屬于Wnt信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一個(gè)分子，糖原合成激酶-3（GSK-3）對(duì)β-CATENIN有負(fù)調(diào)控作用，進(jìn)而對(duì)背側(cè)細(xì)胞的分化起抑制作用。在腹側(cè)細(xì)胞中GSK-3介導(dǎo)的磷酸化作用引起β-CATENIN的降解，而在背側(cè)細(xì)胞中由于存在GSK-3的抑制因子Disheveled（DSH）蛋白，所以背側(cè)的β-CATENIN不會(huì)被降解。DSH蛋白開始存在于爪蟾未受精卵植物半球的皮層部，受精時(shí)沿微管遷移到胚胎的背側(cè)起作用。第八十五頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二β–CATENIN是WNT信號(hào)途徑中的成分。第八十六頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二DSH將β

–CATENIN定位于胚胎背部的機(jī)制1第八十七頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二DSH將β

–CATENIN定位于胚胎背部的機(jī)制2第八十八頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二DSH將β

–CATENIN定位于胚胎背部的機(jī)制3第八十九頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二β-CATENIN與一種普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子TCF3結(jié)合形成的復(fù)合物能夠激活對(duì)胚軸形成具有重要作用的其他基因，如siamois

（sms）基因。SMS能激活goosecoid基因的表達(dá)。goosecoid基因是Nieuwkoop中心分泌蛋白因子作用的主要靶基因之一。gcdmRNA表達(dá)的區(qū)域與組織者的范圍有關(guān)。第九十頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二背部中胚層誘導(dǎo)形成組織者的可能機(jī)制第九十一頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二gcd基因的激活也同時(shí)受到定位于植物半球和Nieuwkoop中心的TGF－β家族蛋白產(chǎn)物的協(xié)同作用。這里所涉及的TGF－β蛋白因子是Vg1、VegT和Nodal相關(guān)蛋白。β-CATENIN與VG1、VEGT信號(hào)相互作用的結(jié)果形成Nodal-相關(guān)蛋白從背側(cè)到腹側(cè)的濃度梯度。Nodal-相關(guān)蛋白的濃度梯度使中胚層細(xì)胞分化。含有大量Nodal相關(guān)蛋白的分化為組織者，較少的分化為側(cè)板中胚層，不含Nodal相關(guān)蛋白的分化成腹側(cè)中胚層。第九十二頁，共一百零五頁，編輯于2023年，星期二β-CATENIN與TGF－β