Тема 6: Генетика индивидуального развития.

Цель: изучение генетических механизмов индивидуального развития, этапов гаметогенеза (сперматогенеза и овогенеза), строения половых клеток, этапов процесса оплодотворения.

изучение основных этапов эмбрионального развития и генетических механизмов регуляции эмбриогенеза.

Задачи обучения:

Изучить роль цитоплазматической гетерогенности яйцеклетки, как первичного механизма регуляции онтогенеза и последующей индукции клеток. Изучить этапы гаметогенеза и морфологические структуры и различия спермия и яйцеклетки. Изучить этапы оплодотворения у человека.Изучить процесс дробление, гаструляции и органогенеза. Изучить роль морфогенов, генов сегментации и гомеозисных генов. Изучить формы клеточного поведения как универсальной основой развития организма

Основные вопросы темы:

1. Размножение и его биологическая роль.

2. Сперматогенез, его этапы и особенности.

3. Строение спермия (на примере морского ежа и человека).

4. Оогенез, его этапы и особенности

5. Строение яйцеклетки (на примере морского ежа и человека).

6. Оплодотворение и его этапы.(активация яйца, завершение второго деления мейоза, слияние пронуклеусов)

7. Цитоплазматическая гетерогенность яйцеклетки

8. Первое деление зиготы. Активация индукции.

9. Морфогенетические механизмы эмбриогенеза.

10. Кадгерины и адгезины как регуляторы (индукторы) эмбриогенеза

11. Гаструляции, способы образования 2х и 3х слойной гаструлы.

12. Роль клеточной памяти в диверсификации клеток

13.Сущность нейруляции и ее этапы. Гистогенез и органогенез.

14. Среда – как фактор регуляции эмбрионального этапа развития

Информационный блок

Онтогенез, или индивидуальное развитие организма, осуществляется на основе наследственное программы, получаемой через вступившие в оплодотворение половые клетки родителей.

Биология развития изучает способы генетического контроля индивидуального развития и особенности реализации генетической программы в фенотип в зависимости от условий. Под условиями понимают различные внутриуровневые и межуровневые процессы и взаимодействия: внутриклеточные, межклеточные, тканевые, внутриорганные, организменные, популяционные, экологические.

Не менее важными являются исследования конкретных онтоге­нетических механизмов роста и морфогенеза. К ним относятся следующие процессы: пролиферация, или размножение, клеток, миграция, или перемещение, клеток, сортировка клеток, их запрог­раммированная гибель, дифференцировка клеток, контактные вза­имодействия клеток (индукция и компетенция), дистантные взаи­модействия клеток, тканей и органов (гуморальные и нервные механизмы интеграции). Все эти процессы носят избирательный характер, т. е. протекают в определенных пространственно-вре­менных рамках с определенной интенсивностью, подчиняясь прин­ципу целостности развивающегося организма. Биология развития стремится выяснить степень и конкретные пути контроля со сто­роны генома и одновременно уровень автономности различных процессов в ходе онтогенеза.

Механизмы онтогенеза

Деление клеток играет большую роль в процессах онтогенеза. Во-первых, благодаря делению из зиготы, которая соответствует одноклеточной стадии развития, возникает многоклеточный орга­низм. Во-вторых, пролиферация клеток, происходящая после ста­дии дробления, обеспечивает рост организма. В-третьих, избира­тельному размножению клеток принадлежит заметная роль в обес­печении морфогенетических процессов. В постнатальном периоде индивидуального развития благодаря клеточному делению осуще­ствляется обновление многих тканей в процессе жизнедеятельности организма, а также восстановление утраченных органов, заживление ран.

Сортировка клеток. В процессе эмбриогенеза клетки не только активно перемеща­ются, но и «узнают» друг друга, т. е. образуют скопления и пласты только с определенными клетками. Значительные координирован­ные перемещения клеток' характерны для периода гаструляции. Смысл этих перемещений заключается в образовании обособленных друг от друга зародышевых листков с совершенно определенным взаимным расположением. Клетки как бы сортируются в зависи­мости от свойств, т. е. избирательно.

Замечено, что необходимым условием сортировки являются степень подвижности клеток и особенности их мембран. В поздней бластуле амфибий, например, клетки будущей эктодермы обладают тенденцией слипаться друг с другом и распространяться в виде сплошного слоя над мезодермой и энтодермой. Эта тенденция проявляется и в культуре тканей. Клетки мезодермы имеют тенден­цию впячиваться в любой находящийся поблизости комок клеток, а клетки энтодермы относительно неподвижны.

Эти особенности трудно объяснить, если наблюдать только за нормальным течением развития. Впервые на различия в подвижно­сти и способности к слипанию (адгезии) между клетками, относя­щимися к разным зародышевым листкам, обратил внимание Г. Гольтфретер в 30-х гг. этого столетия. Избирательная адгезия клеток определенного зародышевого ли­стка друг с д;ругом является необходимым условием нормального развития.

Гибель клеток. В развитии зародышей наряду с размножением клеток важную роль играют процессы гибели клеток. Наиболее яркие примеры разрушения клеток и органов относятся к постэмбриональным стадиям метаморфоза земноводных и насекомых. У головастиков Резорбируются хвост, кишечник и жаберные крышки, у личинок насекомых разрушается большинство внутренних органов. В ходе эмбрионального развития высших позвоночных и человека также имеют место процессы дегенерации органов, которые вначале за­кладываются, а затем подвергаются некрозу. У особей женского пола дегенерируют вольфовы протоки, у особей мужского пола — мюллеровы протоки, что является, по-видимому, результатом вли­яния половых гормонов.

Немалое значение принадлежит процессам гибели клеток при образовании полостей тела или сосудов (так называемая кавитация) имеющих вначале вид тяжей без просвета.

Дифференцировка клеток. Дифференцировка — это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т. е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла. В более широком смысле под дифференцировкой понимают постепенное (на протяжении нескольких клеточных циклов) воз­никновение все больших различий и направлений специализации между клетками, происшедшими из более или менее однородных клеток одного исходного зачатка. Этот процесс непременно сопро­вождают морфогенетические преобразования, т. е. возникновение и дальнейшее развитие зачатков определенных органов в дефини­тивные органы. Первые химические и морфогенетические различия между клетками, обусловливаемые самим ходом эмбриогенеза, об­наруживаются в период гаструляции.

Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развива­ющегося зародыша. Главным в эмбриональной индукции является то, что один участок зародыша влияет на судьбу другого участка. Явление эмбриональной индукции с начала XX в. изучает экспери­ментальная эмбриология.

Участок клеток, который способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития назвали который назвали первичным эмбриональным индуктором, а само явление, при котором один участок зародыша влияет на судьбы другого,— эмбриональной индукцией.

Самостоятельная работа студентов:

Раб.1. (x40) Препарат со сперматозоидами петуха. Обозначение: 1- головка, 2- хвостик

Раб.2. (x8) Препарат с фрагментом яичника млекопитающего. Обозначение: 1-фолликул,

2- яйцеклетка

Раб.3.(8х) Дробление оплодотворенной яйцеклетки лягушки. Зарисовать и обозначить: 1 – борозды дробления; 2 – микромеры; 3.макромеры

Раб.4. (8х) Бластула лягушки. Зарисовать и обозначить: 1- бластомеры; 2 -бластоцель

Раб.5. (8х) Гаструла лягушки. Зарисовать и обозначить: 1-эктодерма; 2- эндодерма, 3-гастроцель

Раб.6. Составить таблицу (в произвольной форме), где должны быть указаны гены и их функции, определяющие развитие эмбриона

Виды контроля:

1. Контроль исходного уровня знаний

2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов

3. Контроль итогового уровня знаний

Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.