SLAJD 2

Morfogeneza to ogół przekształceń dokonujących się w rozwoju osobniczym, prowadzących do osiągnięcia przez organizm właściwej dla danego gatunku budowy i kształtu.

Genetyczna kontrola morfogenezy polega na analizie zmian spowodowanych mutacjami w danych genach. Mutacje genów kontrolujące morfogenezę zaburzają plan budowy osobnika. Mogą one doprowadzić do tego, że prawidłowo zróżnicowane komórki lub narządy pojawiają się w nietypowym miejscu, liczbie czy stadium rozwoju, albo te nie wykształcają sie wcale.

SLAJD 3

Drosphila melanogaster używana jest jako gatunek modelowy do badań naukowych ze względu na:

• Niewielkie rozmiary (2-3 mm) – umożliwia analizę dużej ilości osobników w jednym doświadczeniu

• Nieskomplikowane wymagania życiowe, łatwa hodowla

• Szybkie rozmnażanie i rozwój, duża rozrodczość

• Mały genom, duże chromosomy

• Krótki cykl życiowy (zależny od temperatury)

SLAJD 4

• genom D. melanogaster jest niewielki,

• haploid zawiera ok. 131 – 165 milionów par nukleotydów, a liczba genów wynosi 14 tysięcy,

• posiada jedynie cztery pary chromosomów (trzy autosomy i parę chromosomów płci).

SLAJD 5, 6

SLAJD 7

1. Zygota dzieli się co 10 minut.

2. Po 2,5 godzinie powstaje blasmoderma syncytialna.

3. Po utworzeniu błon komórkowych przekształca się w blasmodermę komórkową.

4. Po 3,5 godzinie następuje gastrulacja i ruchy komórkowe, powodujące powstanie larwy.

SLAJD 8

• Płat głowowy – akron,

• 3 segmenty odcinka szczękowego: żuwaczkowy (Ma – mandibula), segment I pary szczęk (Mx I – maxillae), segment II pary szczęk (Mx II)

• 3 segmenty tułowiowe (T1-T3) - 2 lub 3 rzędy ząbków i cieńszych szczecinek, które są jednak nieco mniejsze od odwłokowych; dodatkowe, niewielkie jamki czuciowe po bokach segmentów,

• 8 segmentów odwłokowych (A1-A8) - kilka poprzecznych rzędów trójkątnych ząbków kutykularnych, z których pierwszy (przy bruździe segmentalnej) jest najkrótszy,

• Płat analny – telson.

SLAJD 9, 10

SLAJD 11

Hierarchia genów regulujących rozwój:

• geny polarności jaja – bicoid, nanos,

• geny segmentacji:

• I kategoria - hunchback, knirps, krüppel,

• II kategoria - fushi-tarazu, even-skipped,

• III kategoria - engrailed, wingless,

• geny homeotyczne kompleksu Antennapedia i bithorax

SLAJD 12

• są genami matczynymi,

• zajmują najwyższą pozycję w hierarchii układu regulacyjnego,

• działają jako pierwsze podczas oogenezy, określając główne osie przyszłego zarodka (przód-tył),

• są syntetyzowane organizmie samicy, w komórkach odżywczych jajnika, skąd przechodzą do oocytu, gdzie zostają zakotwiczone.

SLAJD 13

• Gen bicoid (bcd) – wyznacza przedni koniec ciała.

Po zapłodnieniu na matrycach mRNA zostaje zsyntetyzowane białko genu bicoid, które rozprzestrzenia się, sięgając do połowy, tworząc gradient stężenia malejący ku tyłowi.

• Gen nanos (nos) – wyznacza tylni koniec ciała.

Po zapłodnieniu na matrycach mRNA zostaje zsyntetyzowane białko genu nanos, które rozprzestrzenia się, sięgając do połowy, tworząc gradient stężenia malejący ku przodowi.

SLAJD 14

• Białko genu bicoid zachowuje się jak morfogen, czyli substancja wywołująca indukcje, gdyż cytoplazma z białkiem genu bicoid wprowadzona w dowolną okolice powoduje powstanie w miejscu iniekcji struktur charakterystycznych dla przednich części ciała.

• Białka genu bicoid oraz nanos, poprzez dostarczanie wstępnych sygnałów pozycyjnych, wpływają na położenie niżej umiejscowionych w hierarchii genów segmentacji – zawężają ich ekspresje do pewnych regionów.

• Białko genu bicoid jest czynnikiem transkrypcyjnym, który wiąże się specyficznie z sekwencją regulatorową promotora genu segmentacji hunchback (hb), aktywując jego transkrypcje. Jednocześnie, białko genu nanos destabilizuje transkrypty tego genu.

SLAJD 15

SLAJD 16

• Odpowiadają za podział zarodka na trzy duże rejony.

• Ich mutacje powodują brak dużych obszarów ciała.

• Należą do niej geny:

• hunchback – rozwija się w przedniej części ciała, jest uaktywniany za pośrednictwem genu bicois w przedniej części ciała

• knirps – aktywny w tylnej części ciała, gdyż tylko tam nie jest reprymowany przez transkrypty hunchback

• krüppel – aktywny w środkowej cześci ciała, ponieważ w przedniej i tylnej części jego transkrypcja jest hamowana przez geny polarności jaja

SLAJD 17

• Do tej kategorii należy osiem genów,

• Wyznaczają regiony tzn. parasegmentów (są to zaczątki segmentacji przesunięte o pół szerokości w stosunku do definitywnych segmentów), doprowadzają do podziału na czternaście przyszłych segmentów.

• Miejsca ekspresji:

• Genu fushi-tarazu - parasegmenty nieparzyste

• Genu even-skipped - parasegmenty parzyste

SLAJD 18

• Należy do niej 10 genów polarności segmentów,

• Wyznaczają ostrą granicę między parasegmentami tworząc czternaśnie segmentów

• Gen engrailed wykrywany jest w formie 14 prążków, zlokalizowanych w przedniej połowie poszczególnych parasegmentów

• Gen wingless wykrywany jest w formie 14 prążków, zlokalizowanych w tylniej połowie poszczególnych parasegmentów

SLAJD 20

• Odpowiadają za determinację pozycji komórek w zarodku, decydują o podziale parasegmentów na głowowe, tułowiowe, odwłokowe

• Ich ekspresja nie jest konieczna do rozwoju elementów ciała powstającego organizmu, ale wyznacza ona tożsamość pozycyjną tych obszarów, których przeznaczenie zostało wcześniej ustalone,

• Występują w postaci kompleksów genów sprzężonych:

• Kompleks Antennapedia (ANT-C) – wyznacza różnicę między segmentem głowowym a trzema segmentami tułowia

• Kompleks bithorax (BX-C) – różnice między segmentami tułowia a odwłoka

• Regulacja ekspresji genów w obu kompleksach jest bardzo złożona o czym świadczy niezwykle długi ciąg sekwencji regulatorowych (komplec BX-C zawiera 20 tys. nukleotydów kodujących białka i aż 300 tys., które kodują sekwencje regulatorowe).

SLAJD 23

• W genach kompleksu Antennapedia i bithorax występują homeoboksy (sekwencje ok. 180 nukleotydów o bardzo wysokim stopniu homologii). Kodują domenę białkową homeodomenę, która determinuje miejsca wiązania białek regulatorowych z DNA (jest czynnikiem transkrypcyjnym)

• U kręgowców (w tym ssaków), podczas embiogenezy, powstają geny homologiczne do genów homeotycznych – geny HOX.

• Geny HOX są strukturalnie i funkcjonalnie podobne do genów homeotyczncznych u Drosophila melanogaster.

• krótki (zależny od temperatury hodowli) cykl życiowy (10 dni w 25 ^oC – warunki optymalne – 20-25^oC, 15 dni w 20 ^oC, 19 dni w 18 ^oC, hodowla w temperaturze powyżej 30^oC traci zdolność rozmnażania i po pewnym czasie zamiera),

Rozpoznawanie płci osobników dorosłych

Samice i samce można odróżnić na podstawie kilku cech fenotypowych, najważniejsze z nich to:

a) wielkość osobników: samice z reguły są większe od samców,

b) kształt i barwa odwłoka: odwłok samicy jest zaokrąglony po bokach z kilkoma ciemnymi prążkami; u samców ostatnie dwa segmenty są zlane co daje ciemne zabarwienie odwłoka, ponadto odwłok samca nie jest zaokrąglony,

c) zewnętrzne narządy płciowe znajdują się po stronie brzusznej odwłoka: u samicy obecnych jest 7 płytek zwanych sternitami, płytka vaginalna i płytka analna; u samców widoczne są tylko 3 sternity i na końcu odwłoka wyraźnie ciemno zabarwiony schitynizowany aparat kopulacyjny,

d) u samców na piątym członie stopy I pary odnóży występuje grzebień płciowy zbudowany z 10 szczecin, ułatwiający przytrzymanie samicy w czasie kopulacji.

Larwa typu czerw w końcowym stadium może osiągnąć długość do 4,5 mm. Można zaobserwować u niej biegnące wzdłuż ciała dwa pnie tchawkowe, tzw. hak głowowy i gonady.