为什么同一生物的体细胞中都有相同的基因组?

科普中国 2018-10-12 10:49

原标题:为什么同一生物的体细胞中都有相同的基因组?

2001年10月12日,水稻基因组研究获重大进展。说起基因组,你可知道为什么同一生物体的体细胞中都有相同的基因组?

一个人,一头象,甚至一棵草,都包含着许许多多的细胞,因此它们也被称为多细胞生物。不过,在任何多细胞生物的众多细胞中,不管在形状、功能或生理特征等方面有多么大的不同,在它们的细胞核中,基因组都是相同的。如我们人体由1012~1014个细胞组成,所有人体细胞中都有2个基因组,每个基因组都有23条染色体。

为什么同一个生物体的众多细胞中,基因组会相同呢?答案很简单,那就是一个生物体的所有细胞都是由同一个受精卵通过不断地有丝分裂产生的。有丝分裂,顾名思义就是细胞在分裂过程中会出现丝状图形。在显微镜下观察可以看到,受精卵在分裂的特定阶段会出现纺锤状的图形,这些丝状体就称为纺锤丝。

在受精卵或其他细胞进行有丝分裂时,染色体先要复制,每条染色体都要一条变两条。染色体复制后,各条染色体都在细胞中央集中,这里被称为赤道面。这时候,在显微镜下就可清楚地看到由纺锤丝构成的纺锤体。接下来就是着丝粒打开,或者说着丝粒一分为二,使原来连在一起的姐妹染色单体成为独立的染色体,然后由姐妹染色单体演变成的染色体,会各自分向细胞的两极。当所有的染色体分向两极后,如果在动物细胞中,细胞中间会出现凹陷,将1个细胞分隔成2个细胞;如果在植物细胞中,则会在中间形成细胞板,将1个细胞分隔成2个细胞。

从受精卵开始,所有细胞的有丝分裂大致都是按照这些步骤完成的。有丝分裂以后得到的细胞和分裂前的细胞,都含有相同的基因组,其根本原因就在于染色体复制一次和细胞一分为二。

那么,为什么基因组相同的细胞,又会在形态、功能、生理特性上出现不同呢?这是由于基因组相同的细胞逐渐向不同方向演变的结果,拥有相同基因组的细胞演变成不同类型细胞的过程,在生命科学中称为细胞分化。人体中的神经细胞、平滑肌细胞、胰岛细胞、网织红细胞等都是细胞分化的产物。

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