Работа 2. Генетическая регуляция развития организма.

Методическая разработка

Лабораторного занятия № 14 для студентов I-курса.

Тема занятия: «Регуляция онтогенеза».

 

 

Сургут, 2011 г.

Цель занятия: Изучить основные механизмы регуляции онтогенеза, критические периоды онтогенеза человека; влияние вредных факторов на плод и механизмы образования пороков развития.

 

Вопросы для самоподготовки студентов:

1. Регуляционный и мозаичный тип развития, их отличия.

2. В чем сущность дифференцировки клеток?

3. Как происходит регуляция ранних стадий эмбрионального развития; когда начинает функционировать геном зародыша?

4. В чем заключается действие генов в раннем развитии?

5. Как изменяется генетическая потенция ядер клеток в процессе развития?

6. Как осуществляется генетическая регуляция дифференци­ровки?

7. Чем отличается взаимодействие клеток в период дробления, гаструляции, органогенеза?

8. Какое значение имеет контакт бластомеров, к чему приво­дит их разъединение?

9. Возможно ли развитие зародыша млекопитающих из смеси клеток двух-трех зародышей?

10. Каковы основные формы взаимодействия клеток в периоды органогенеза?

11. В чем сущность эмбриональной индукции, ее виды?

12. Каковы химическая структура индукторов и механизм их действия?

13. Какое значение имеет нервная система в регуляции онтоге­неза?

14. В чем сущность гуморальной регуляции онтогенеза, виды регуляторов.

15. Каковы механизмы гормональной регуляции в онтогенезе?

16. Какое значение в эмбриогенезе имеют морфогенетические поля?

17. Каковы возможные пути действия факторов среды, вызы­вающие нарушение эмбриогенеза?

18. Почему эмбриопатии характеризуются более глубокими нарушениями, чем фетопатии?

19. Как осуществляется взаимосвязь материнского организма и плода, каковы последствия ее нарушения?

20. В чем разница между наследственными и ненаследственны­ми врожденными заболеваниями?

21. Что такое фенокопии?

22. Нарушения каких процессов в онтогенезе приводят к поро­кам развития?

23. Что такое критические периоды эмбриогенеза?

24. Что такое тератогены; их классификация, механизм действия?

Задание для студентов.

Работа 1. Регуляция развития плацентарных млекопитающих.

Перепишите табл. 1.

Таблица 1

Периоды онтогенеза	Виды регуляции
генетическая	контактное взаимодействие клеток	эмбриональ­ная индукция	морфо генети­ческие поля	нервная	гормональная (гормоны зародыша)	факторы среды
Прогенез Эмбриогенез: Зигота   Зародыш на ста­дии дробления Бластула Гаструла Зародыш на ста­дии органогенеза Зародыш в плод­ный период Постэмбриональный период	+   + геном матери +   + + +   +   +	+   + + +   +   +	+ +   +	+ +   +	+   +   +	+   +   +	+

Работа 2. Генетическая регуляция развития организма.

Гены регулируют и контролируют развитие организма на всех этапах онтогенеза (рис. 1).

 

Рис. 1. Генетический контроль развития млекопитающих [Коню­хов Б. В., 1976].

 

В овогенезе в цитоплазме яйцеклетки синтезируются и от­кладываются материнские РНК, которые несут информацию о белках и контролируют развитие зародыша от зиготы до стадии бластулы. Гены зародыша начинают функционировать у позво­ночных на разных стадиях дробления (например, у человека на стадии двух бластомеров), и продукты их деятельности начина­ют регулировать развитие зародыша. Таким образом, ранние этапы развития регулируются материнскими и зародышевыми генами. Начиная со стадии гаструлы у позвоночных развитие организма регулируется только продуктами деятельности соб­ственных генов зародыша.

Регуляция экспрессии генов в процессе развития организ­мов осуществляется на всех этапах синтеза белка, как по типу индукции, так и по типу репрессии, причем контроль на уровне транскрипции определяет время функционирования и характер транскрипции данного гена.

Разберите некоторые модели генетической регуляции на уровне транскрипции (рис. 2). Зарисуйте модель 1.

 

 

Рис. 2. Генетическая регуляция на уровне транскрипции.

а - модель 1: каскадная эмбриональная индукция; б - модель 2: репрессия ко­нечным продуктом; в - модель 3: регуляция экспрессии генов несколькими генами-регуляторами; г - модель 4: регуляция нескольких групп структурных генов одним геном.

 

 

Обозначьте:

С – сенсорный ген;

И – ген-интегратор;

П – промотор;

СГ – структурные гены;

O – индуктор;

Δ – репрессор.

 

Модель 1. Каскадная эмбриональная индукция (рис. 2, а).

Индуктор 1 взаимодействует с сенсорным геном (С), акти­вируя ген-интегратор (И), продукт деятельности которого дей­ствует через промотор (П) на структурные гены (СГ₁, СГ₂ и СГ₃). В свою очередь продукт деятельности СГ₃ является ин­дуктором 2 для структурных генов СГ₄, СГ₅ и т.д.

Модель 2. Репрессия конечным продуктом (рис. 2, б).

Продукты активности структурных генов в свою очередь ре­прессируют деятельность гена, контролирующего синтез ин­дуктора 1.

Модель 3. Регуляция экспрессии генов несколькими гена­ми-регуляторами (рис. 2, в).

Структурные гены активируются или репрессируются про­дуктами действия нескольких генов.

Модель 4. Регуляция нескольких групп структурных генов одним геном (рис. 2, г).

Индукция или репрессия нескольких структурных генов продуктом деятельности одного гена. Этой моделью можно объяснить плейотропное действие генов, влияние половых гормонов и т.д.

 

Работа 3. Политенные хромосомы.

В создании тканеспецифических продуктов участвует лишь небольшая часть генома. Места активного синтеза мРНК - пу­фы - хорошо видны в политенных (гигантских) хромосомах и представляют собой расплетенные участки хромосом, образую­щие менее компактную структуру.

а. Изучите микропрепарат под микроскопом при большом увеличении и зарисуйте. Обозначьте: 1 - эухроматин, 2 - гетерохроматин, 3 - пуф.

б. Изучите по рис. 3 участок политенной хромосомы, пре­терпевающий пуфинг (по Grossbach, 1973, из Гилберт С., 1994). Зарисуйте рис. 3, г.

 

Рис. 3. Процесс пуфинга.

а-г - стадии образования пуфа;

Рис. 3. Процесс пуфинга (Продолжение)

д - пуфинг в политенных хромосомах в динамике.