Роль генов в онтогенезе
Изучение генетики индивидуального развития в первую очередь опирается на анализ различных мутаций. Основное влияние генетический аппарат оказывает на нескольких этапах:
- Эффект материнских генов. Еще в процессе овогенеза материнский геном обеспечивает выработку ферментов. Они необходимы для обеспечения обмена веществ раннего эмбриона, а также для правильного пространственного расположения его структур.
- Период органогенеза. Формирование органов регулируется согласованной работой сотен генов. Именно на этом этапе последствия мутаций становятся наиболее выраженными.
Полигенный контроль наглядно демонстрируется наследственными патологиями у человека. Например, известно более 120 форм наследственной глухоты, 250 видов поражений глаз, около 150 аномалий скелета. Даже процесс дифференцировки пола контролируется как минимум 18 генами.
Целостность онтогенеза и детерминация
Несмотря на то что гены играют первичную роль, зародыш представляет собой целостную систему, способную к саморазвитию, которое не запрограммировано в зиготе абсолютно жестко.
Ключевой процесс развития — детерминация (от determinatio — ограничение). Это возникновение качественных различий между частями эмбриона, предопределяющих их дальнейшую судьбу. Важно, что детерминация происходит еще до появления каких-либо внешних, видимых глазу морфологических изменений.
Классическая последовательность процессов: Детерминация $\rightarrow$ Дифференцировка $\rightarrow$ Морфогенез.
Причинами детерминации выступают дифференциальная экспрессия генов, эмбриональная индукция, ооплазматическая сегрегация и амплификация генов.
Эмбриональная регуляция и исторические опыты
В конце XIX века проводились эксперименты для понимания того, жестко ли предопределена судьба клеток (мозаичное развитие) или зародыш способен адаптироваться (регуляционное развитие).
- Опыт В. Ру (1887 г.): Укалывание горячей иглой одного из двух бластомеров лягушки приводило к формированию «полузародыша». Ру сделал вывод о жесткой мозаичности. Однако позже выяснилось, что убитый бластомер просто механически мешал оставшемуся живому развиваться нормально.
- Опыт О. Гертвига (90-е гг. XIX в.): Полное физическое разделение двух бластомеров амфибии показало, что из каждого способен развиться полноценный зародыш.
Способность эмбриона восстанавливать нормальный путь развития после нарушений называется эмбриональной регуляцией. Достижение правильного конечного результата разными путями получило название эквифинальности. Деление на чисто «мозаичные» и «регуляционные» типы условно, так как ключевую роль играет фактор времени: на ранних этапах детерминация обратима (лабильна), на поздних — становится жесткой.
Потенции и взаимосвязь процессов
Клетки зародыша обладают потенциями — максимальными возможностями развития. Наличие широких потенций называют тотипотентностью. В нормальных условиях из бластомера реализуется только одно направление, но в эксперименте могут проявиться и другие скрытые возможности.
Детерминация и эмбриональная регуляция тесно связаны. Детерминация идет от целого зачатка к отдельным клеткам, постепенно или скачками, усиливая интегрированность организма. При этом способность к эмбриональной регуляции с течением времени падает, хотя и не исчезает полностью (сохраняется в виде регенерации у взрослых особей).
В редких случаях, несмотря на жесткую детерминацию, возможно изменение направления развития клеточных линий — трансдетерминация. Клинически это объясняет механизмы возникновения уродств и раковых опухолей.
Последовательность этапов развития можно запомнить как ДДМ: Детерминация (решили, кем быть) -> Дифференцировка (начали меняться внутри) -> Морфогенез (изменились внешне).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем суть генов с материнским эффектом?
Это гены матери, которые еще в процессе овогенеза нарабатывают ферменты для яйцеклетки. Эти вещества необходимы для начального метаболизма и правильного закладывания структур раннего зародыша.
Чем опыт Гертвига отличается от опыта Ру?
Вильгельм Ру убивал один бластомер (он оставался как механическая помеха) и получал половину зародыша. Оскар Гертвиг полностью разделял бластомеры, и из каждого развивался целый организм, что доказало способность к эмбриональной регуляции.
Что такое трансдетерминация и каково ее значение?
Трансдетерминация — это смена програмного пути развития клеток на образование другого органа. Это явление помогает объяснить развитие новообразований, раковых клеток и различных анатомических уродств.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы ооплазматической сегрегации
- Дифференциальная экспрессия генов в онтогенезе
- Роль амплификации генов в детерминации
- Процессы эмбриональной индукции
- Полигенный контроль формирования систем органов
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Генетический контроль развития» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Закономерности индивидуального развития»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.