Drosophila melanogaster Её важность была признана Нобелевской премией

Drosophila melanogaster Её важность была признана Нобелевской премией, вручённой медикамфизиологам Ed Lewis, Christiane Nusslein-Volhard and Eric Wieschaus в 1995 г.

Почему? • Дрозофила - маленькое животное с коротким жизненным циклом длительностью (лишь около двух недель)-быстрая смена поколений • она недорога для размножения и выведения даже большого количества особей -плодовитость. • Мутантные особи с дефектами в любых из нескольких тысяч генов доступны для экспериментов • весь геном мухи известен • Прозрачные эмбрионы

Самец Самка Дикий тип дрозофилы имеет ярко-красные глаза и "серое" тело. Дрозофила имеет четыре пары хромосом: X/Y - половые хромосомы и аутосомы 2, 3 и 4. Размер генома мухи составляет около 165 миллионов осн. , 14. 000 генов (для сравнения, геном - человека 3. 300 миллионов осн. 70. 000 генов, дрожжи - 5800 генов в 13. 5 миллионах оснований)

Яйцо 0. 5 мм в длину, вытянутое эмбриональное развитие протекает вне тела матери при температуре 27º около 20 часов Три отдельных стадии постэмбрионального развития, отличающиеся строением тела: личинка, куколка и имаго. разрушение личиночных органов и тканей, за исключением гонад и нервной системы, развитием из имагинальных дисков дефинитивных органов взрослой мухи. 4 дня

Стадии овогенеза

Полярность на стадии ооцита

Эмбриогенез дрозофилы уникален! 5000 ядер Синцитий!

Синцитий - тип ткани у животных, растений и грибов с неполным разграничением клеток; обособленные участки цитоплазмы с ядрами связаны между собой цитоплазматическими перемычками. Представляет собой несколько клеток, слившихся друг с другом, и содержат несколько ядер.

Гаструляция Как и у других (трехслойных) многоклеточных, гаструляция приводит к образованию трех зародышевых листков — энтодермы, мезодермы и эктодермы. Мезодерма инвагинирует по вентральной бороздк 16 вентральных клеток мигрируют внутрь зародыша (в дальнейшем мезодерма, детекция по белку Twist)

Цитоплазматическая полярность, Материнский эффект Что определяет развитие? Градиент белков hunchback и др. Gap-гены Pair-rule гены Гены полярных сегментов Гомеозисные гены

Материнский эффект • Основа для формирования переднезадней оси закладывается во время формирования яйца (оогенеза), задолго до момента оплодотворения и откладки яиц. Развивающийся ооцит имеет градиенты концентраций м. РНК!

Гены материнского эффекта работают в эмбриональном развитии дрозофилы при формировании осей тела. Под их контролем в зиготе или раннем эмбрионе включаются gap-гены, отвечающие за спецификацию крупных участков тела. • Формирование дорзо-вентральной оси • Образование передне-задней оси

Формирование дорзовентральной оси • dorsal синтезируется в организме матери индуцирует транскрипцию генов twist и snail репрессирует экспрессию генов zerknullt и decapentaplegic белки-рецепторы dorsal = Toll-рецепторы • на вентральной стороне зародыща ядра бластодермы окружены высокими концентрациями белка dorsal, что приводит к индукции транскрипции twist и snail, в то время как экспрессия генов zerknullt и decapentaplegic репрессирована; • в середине зародыша ядра бластодермы окружены средними концентрациями белка dorsal, при этом не экспрессируются никакие гены из упомянутых; • на дорсальной стороне зародыша ядра бластодермы окружены низкими концетрациями белка dorsal, поэтому идет экспрессия соответствующих генов и образуются белки zerknult и decapentaplegic.

Образование передне-задней оси Bicoid и hunchback - Формировании передних частей зародыша дрозофилы (головы и груди) Nanos и Caudal - Формирование задних брюшных сегментов зародыша дрозофилы. Bicoid является транскрипционным активатором гена hunchback.

hunchback и caudal - транскрибируются одинаково, их трансляция регулируется Белок hunchback образуется в более высоких концентрациях на переднем конце зародыша, Белок caudal - на заднем конце. Белок bicoid - регулятор транскрипции (хотя при взаимодействии с геном caudal действует как регулятор трансляции) м. РНК bicoid и nanos синтезируются питающими клетками и транспортируются в ооцит.

Белок nanos- регулятор трансляции. • Cвязывается с 3’OH нетранслируемым участком м. РНК hunchback и bicoid и вызывает ее деградацию. • Разрушение м. РНК hunchback в задней части зародыша приводит к созданию передне-заднего градиента белка hunchback, что позволяет экспрессироваться генам knirps, kruppel и giant nanos 5’ pumilio м. РНК hunchback и bicoid 3 -е деление • Белок bicoid стимулирует синтез м. РНК некоторых генов, в том числе hunchback. • Белок bicoid ингибирует транскрипцию м. РНК гена caudal, связываясь с последовательностями на её 3’OH нетранслируемом участке. nanos 8 -е деление Антителами

В отложенном яйце: Bicoid является транскрипционным активатором гена hunchback.

• Bicoid имеет ДНКсвязывающий гомеодомен Белок bicoid стимулирует синтез м. РНК некоторых генов, в том числе hunchback. Белок bicoid ингибирует транскрипцию м. РНК гена caudal, связываясь с последовательностями на её 3’OH нетранслируемом участке.

In situ гибридизация Bicoid, wt В яйце микротрубочки реорганизуются в ходе оогенеза. Сначала центр организации микротрубочек находится у заднего полюса ооцита, и микротрубочки направлены своими +-концами к переднему полюсу ооцита. Однако перед формированием градиентов м. РНК генов bicoid и nanos локализация центра организации и положение микротрубочек меняется на противоположное: в этот период они направлены своими +концами к заднему полюсу яйца. GFP-kinesin А –дикий тип В-мутант по РКА, регул. Kinesin в половых клетках Окрашенный тубулин м. РНК гена bicoid связывается с микротрубочками и накапливается на переднем конце формирующихся яиц дрозофилы. В неоплодотворенных яйцах транскрипты находятся на самом кончике передней части яйца.

Цитоплазматическая полярность, Материнский эффект Градиент белков hunchback и др. Gap-гены Pair-rule гены или гены парного правила Гены полярных сегментов Гомеозисные гены

Личинка содержит имагинальные диски — группы клеток, из которых затем образуются структуры имаго.

Самые ранние Gap гены : knirps, giant, Krüppel -вдоль передней / задней оси

knirps Giant Krüppel

Gap genes buttonhead cap'n'collar caudal collier crocodile Empty spiracles giant hunchback huckebein Krüppel knirps orthodenticl e sloppy paired tailless Pair rule genes even-skipped fushi tarazu hairy odd-paired odd skipped paired runt sloppy paired Tenascin major Unclassified genes involved in regulation of gap and pair rule genes Chip C-terminal binding protein eyelid ftz-F 1 dead ringer domeless hopscotch lilliputian marelle (also known as STAT) outstretched Rpd 3 shuttle craft Sir 2 Sox box protein 70 D (also known as Dichaete) squid

имагинальный диск Привит на брюшную впадину

Синхронизация!