第一篇發(fā)育生物學(xué)基本原理

第一篇發(fā)育生物學(xué)基本原理演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共65頁(yè)。（優(yōu)選）第一篇發(fā)育生物學(xué)基本原理當(dāng)前2頁(yè)，總共65頁(yè)。第一節(jié)細(xì)胞定型和分化細(xì)胞分化

celldifferentiation：從單個(gè)全能細(xì)胞（受精卵）產(chǎn)生各種類型分化細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程。已分化細(xì)胞不僅具有一定形態(tài)特征、合成的特異性產(chǎn)物，而且行使特定的功能。分化細(xì)胞與未分化細(xì)胞的差異?。當(dāng)前3頁(yè)，總共65頁(yè)。細(xì)胞定型commitment：細(xì)胞在分化之前，將發(fā)生一些隱蔽的變化，使細(xì)胞朝特定方向發(fā)展的過(guò)程。定型細(xì)胞與未定型細(xì)胞:表型相近，但前者發(fā)育命運(yùn)限制。在細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，定型和分化是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程。當(dāng)前4頁(yè)，總共65頁(yè)。定型分為特化和決定兩個(gè)時(shí)相特化specification：

當(dāng)細(xì)胞或組織放在中性環(huán)境如培養(yǎng)皿中可以自主分化時(shí)，該細(xì)胞或組織已經(jīng)特化。已特化的細(xì)胞或組織的發(fā)育命運(yùn)是可逆的。決定determination：當(dāng)一個(gè)細(xì)胞或者組織放在胚胎另一部位可以自主分化時(shí)，該細(xì)胞或組織已經(jīng)決定。

已決定的細(xì)胞或組織的發(fā)育命運(yùn)是不可逆的。

當(dāng)前5頁(yè)，總共65頁(yè)。近朱者赤，近墨者黑出淤泥而不染

當(dāng)前6頁(yè)，總共65頁(yè)。細(xì)胞定型的兩種方式：自主特化和有條件特化胚胎發(fā)育的兩種方式：鑲嵌型發(fā)育和調(diào)整型發(fā)育（1）自主特化：細(xì)胞命運(yùn)完全由內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)決定。

通過(guò)胞質(zhì)隔離實(shí)現(xiàn)：卵裂時(shí)，受精卵內(nèi)特定的細(xì)胞質(zhì)分離到特定的卵裂球中，卵裂球中所含的特定細(xì)胞質(zhì)決定它發(fā)育成哪一類細(xì)胞，而與鄰近細(xì)胞無(wú)關(guān)。當(dāng)前7頁(yè)，總共65頁(yè)。鑲嵌型發(fā)育：以細(xì)胞自主特化為特點(diǎn)的胚胎發(fā)育模式。特征：在胚胎發(fā)育早期，將某特定的卵裂球從整體胚胎分離下來(lái)，它會(huì)形成如其整體胚胎中將形成的結(jié)構(gòu)一樣；而胚胎其余部分形成的組織會(huì)缺乏分離裂球能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，兩者恰好互補(bǔ)。整體胚胎是由能自我分化的各部分組合而成。當(dāng)前8頁(yè)，總共65頁(yè)。（2）有條件特化（漸進(jìn)特化、依賴型特化）：細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)完全取決于其相鄰的細(xì)胞或組織。

通過(guò)胚胎誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)：胚胎發(fā)育過(guò)程中，相鄰細(xì)胞或組織之間通過(guò)相互作用，決定其中一方或雙方細(xì)胞的分化方向。

相互作用之前，細(xì)胞具有多種分化潛能，但和鄰近細(xì)胞或組織相互作用后逐漸限制了它們的發(fā)育命運(yùn)，使之朝某一特定方向分化。

當(dāng)前9頁(yè)，總共65頁(yè)。調(diào)整型發(fā)育：以細(xì)胞有條件特化為特點(diǎn)的胚胎發(fā)育模式。特征：在胚胎發(fā)育早期，將某特定的卵裂球從整體胚胎分離下來(lái)，剩余的胚胎中某些細(xì)胞可以改變命運(yùn)，填補(bǔ)分離掉裂球的所留下的空缺，仍形成一個(gè)正常的胚胎。

當(dāng)前10頁(yè)，總共65頁(yè)。事實(shí)上，任何動(dòng)物的胚胎發(fā)育過(guò)程中，兩種細(xì)胞定型方式在一定程度上發(fā)生作用。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞自主特化為主，細(xì)胞有條件特化次之；脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞有條件特化為主，細(xì)胞自主特化次之。當(dāng)前11頁(yè)，總共65頁(yè)。第一節(jié)細(xì)胞發(fā)育通過(guò)形態(tài)發(fā)生決定子自主特化一、形態(tài)發(fā)生決定子形態(tài)發(fā)生決定子（成形素、胞質(zhì)決定子）：細(xì)胞質(zhì)中含有的決定細(xì)胞分化的特定物質(zhì)。當(dāng)前12頁(yè)，總共65頁(yè)。例1水蛭

卵裂、囊胚期細(xì)胞數(shù)目相對(duì)少，可以根據(jù)大小、形狀和位置將卵裂球區(qū)分，追蹤卵裂球的來(lái)源及其發(fā)育命運(yùn)（細(xì)胞系譜）32cell當(dāng)前13頁(yè)，總共65頁(yè)。分化組織是早期由某一特定卵裂球發(fā)育而來(lái)，在以特定的卵裂方式產(chǎn)生卵球的過(guò)程中，特定的細(xì)胞質(zhì)（形態(tài)發(fā)生決定子）不均等分配。

中胚層成肌肉胚帶

肌肉中胚層干細(xì)胞成神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)胚帶腹神經(jīng)索當(dāng)前14頁(yè)，總共65頁(yè)。爪蟾晚期囊胚的發(fā)育命運(yùn)圖上：側(cè)面觀外胚層形成上皮和神經(jīng)系統(tǒng)，沿著背腹軸的帶狀區(qū)域?yàn)橹信邔?，由它形成脊索、體節(jié)、心臟、腎和血液。下：背面觀當(dāng)前15頁(yè)，總共65頁(yè)。當(dāng)前16頁(yè)，總共65頁(yè)。例2：海鞘圖1-1受精時(shí)細(xì)胞質(zhì)決定子的隔離透明動(dòng)物極表皮灰色新月區(qū)脊索和神經(jīng)管黃色新月區(qū)肌肉灰色卵黃區(qū)消化管

卵裂過(guò)程中，不同細(xì)胞質(zhì)被分配到不同裂球中，卵質(zhì)不均分配從而決定裂球的命運(yùn)。

當(dāng)前17頁(yè)，總共65頁(yè)。分離實(shí)驗(yàn)當(dāng)前18頁(yè)，總共65頁(yè)。圖1-2海鞘胚胎的鑲嵌決定作用

（1）每對(duì)卵裂球的發(fā)育命運(yùn)不同

B4.1發(fā)育形成內(nèi)胚層、間質(zhì)和肌肉組織

（2）胚胎中神經(jīng)組織是從動(dòng)物極前面一對(duì)裂球（a4.2）和植物極前面一對(duì)裂球（A4.1）產(chǎn)生；

單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)，它們都不能形成神經(jīng)組織。

在海鞘這樣嚴(yán)格的鑲嵌型發(fā)育胚胎中，也存在裂球之間相互作用決定細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)的漸進(jìn)決定作用。當(dāng)前19頁(yè)，總共65頁(yè)。擠壓實(shí)驗(yàn)B4.1肌肉b4.2無(wú)肌肉將B4.1黃色新月區(qū)胞質(zhì)擠壓入b4.2，b4.2產(chǎn)生肌肉這些表明：細(xì)胞質(zhì)存在某些形態(tài)發(fā)生決定子，能夠決定細(xì)胞朝一個(gè)方向分化，形成一定的組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)前20頁(yè)，總共65頁(yè)。海鞘屬于典型的鑲嵌型發(fā)育胚胎。其他還有：櫛水母、環(huán)節(jié)動(dòng)物、線蟲(chóng)、軟體動(dòng)物。在這些典型鑲嵌型發(fā)育動(dòng)物的卵子細(xì)胞質(zhì)中，都存在形態(tài)發(fā)生決定子。另一方面，海膽、兩棲類和魚(yú)類等胚胎屬于典型的調(diào)整型發(fā)育胚胎。同樣，也存在著形態(tài)決定子。當(dāng)前21頁(yè)，總共65頁(yè)。二、胞質(zhì)定域

形態(tài)發(fā)生子在卵細(xì)胞質(zhì)中呈一定形式分布，受精后發(fā)生運(yùn)動(dòng)，被分隔到一定區(qū)域，并在卵裂時(shí)分配到特定的卵裂球中，決定裂球的發(fā)育命運(yùn)。這一現(xiàn)象稱為胞質(zhì)定域，或胞質(zhì)隔離、胞質(zhì)區(qū)域化、胞質(zhì)重排。當(dāng)前22頁(yè)，總共65頁(yè)。1.海鞘形態(tài)發(fā)生決定子的運(yùn)動(dòng)（1）肌質(zhì)（2）內(nèi)胚層（3）表皮

海鞘卵子受精時(shí)，卵質(zhì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生獨(dú)特的胞質(zhì)區(qū)域；不同的胞質(zhì)區(qū)域含有不同的形態(tài)決定子，并在卵裂時(shí)分配到不同的卵裂球中。當(dāng)前23頁(yè)，總共65頁(yè)。當(dāng)前24頁(yè)，總共65頁(yè)。2軟體動(dòng)物

第1次卵裂：AB、CD（含極葉）第2次卵裂：D（含極葉）極葉形成是卵裂期間過(guò)渡性的一種形態(tài)變化，是由于卵內(nèi)部物質(zhì)流動(dòng)引起。極葉中含有控制D裂球特定分裂節(jié)奏、分裂方式以及中胚層分化所必需的決定子。

當(dāng)前25頁(yè)，總共65頁(yè)。3線蟲(chóng)（副蛔蟲(chóng)）

第1次卵裂：緯裂，染色體消減第2次卵裂：經(jīng)裂、緯裂第4次卵裂：僅最靠近植物極的裂球保留全部染色體數(shù)，發(fā)育成為生殖干細(xì)胞。其中，含有某些能保護(hù)染色體數(shù)不發(fā)生消減的物質(zhì)。植物極胞質(zhì)中含有能決定生殖細(xì)胞形成的物質(zhì)(生殖質(zhì))當(dāng)前26頁(yè)，總共65頁(yè)。4昆蟲(chóng)（蠓）

胚胎卵裂時(shí)，多數(shù)細(xì)胞的細(xì)胞核從原來(lái)的40條染色體中失去32條，只有位于卵子后端的2個(gè)細(xì)胞核染色體不會(huì)消減，而且停留一段時(shí)間不分裂。最終，這2個(gè)細(xì)胞核形成生殖細(xì)胞的核。

極質(zhì)(卵子后端的生殖質(zhì))在生殖細(xì)胞決定中其中重要作用當(dāng)前27頁(yè)，總共65頁(yè)。5兩棲類（林蛙）

受精卵的植物極皮層區(qū)域含有與果蠅卵中極質(zhì)類似的物質(zhì)，在發(fā)育過(guò)程中進(jìn)入少數(shù)幾個(gè)預(yù)定的內(nèi)胚層細(xì)胞，最終遷移到生殖嵴內(nèi)。UV照射:不能形成正常的生殖細(xì)胞

蛙類受精卵植物極區(qū)域細(xì)胞質(zhì)中含有控制生殖細(xì)胞形成和遷移的決定子。當(dāng)前28頁(yè)，總共65頁(yè)。三、形態(tài)發(fā)生子的性質(zhì)一、海鞘形態(tài)發(fā)生決定子

（1）激活某些基因轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)（2）RNA當(dāng)前29頁(yè)，總共65頁(yè)。二、果蠅極質(zhì)蛋白質(zhì)、RNA分子gclmRNANanos蛋白線粒體大核糖體（mtlrRNA）當(dāng)前30頁(yè)，總共65頁(yè)。第二節(jié)細(xì)胞命運(yùn)通過(guò)相互作用的漸進(jìn)特化當(dāng)前31頁(yè)，總共65頁(yè)。一、經(jīng)典的胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.Roux1887缺損實(shí)驗(yàn)(蛙)

鑲嵌型發(fā)育缺損實(shí)驗(yàn)奠定實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)1910,McClendon蛙胚兩裂球分離實(shí)驗(yàn)，兩裂球分開(kāi)后都可以完全發(fā)育當(dāng)前32頁(yè)，總共65頁(yè)。2.Driesch分離組合實(shí)驗(yàn)(海膽)2-細(xì)胞調(diào)整型發(fā)育4-細(xì)胞（與上述結(jié)果相同）當(dāng)前33頁(yè)，總共65頁(yè)。3.Horstadius分離實(shí)驗(yàn)(海膽)8-細(xì)胞既鑲嵌型發(fā)育,又調(diào)整型發(fā)育當(dāng)前34頁(yè)，總共65頁(yè)。當(dāng)前35頁(yè)，總共65頁(yè)。64cell當(dāng)前36頁(yè)，總共65頁(yè)。4.雙梯度模型植物極化梯度動(dòng)物極化梯度雙梯度模型(圖1.19)當(dāng)前37頁(yè)，總共65頁(yè)。二、兩棲類發(fā)育調(diào)控1.Spemann結(jié)扎實(shí)驗(yàn)(蠑螈)

圖1.20

兩棲類早期胚胎的細(xì)胞核具有遺傳等同性，每個(gè)細(xì)胞核都具有發(fā)育形成完整機(jī)體的潛能當(dāng)前38頁(yè)，總共65頁(yè)。兩棲類卵子不對(duì)稱實(shí)驗(yàn)

Spemann,1938

卵子細(xì)胞質(zhì)的不對(duì)稱性，灰色新月區(qū)（原腸作用發(fā)動(dòng)者）。當(dāng)前39頁(yè)，總共65頁(yè)。3移植實(shí)驗(yàn)圖1.22表1.3在早期原腸胚(特化)向晚期原腸胚過(guò)渡的過(guò)程中,胚胎細(xì)胞的發(fā)育潛能逐漸受到限制；到了原腸胚晚期,原腸胚的細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)已經(jīng)(決定)。體節(jié)眼狀當(dāng)前40頁(yè)，總共65頁(yè)。二誘導(dǎo)：胚胎的一個(gè)部分對(duì)另一個(gè)區(qū)域發(fā)生影響，并使后者沿著一條新途徑分化的作用。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)：脊索中胚層誘導(dǎo)外胚層細(xì)胞分化成神經(jīng)組織（初級(jí)胚胎誘導(dǎo)）。當(dāng)前41頁(yè)，總共65頁(yè)。初級(jí)胚胎誘導(dǎo)（廣義）的四個(gè)階段：第一階段：受精誘導(dǎo)背部化決定子的激活，形成背部細(xì)胞Niuwkoop中心第二階段：誘導(dǎo)形成組織者、中胚層第三階段：組織者誘導(dǎo)神經(jīng)組織第四階段：神經(jīng)組織區(qū)域化當(dāng)前42頁(yè)，總共65頁(yè)。要點(diǎn)：細(xì)胞分化細(xì)胞定型及其時(shí)相（特化、決定）細(xì)胞定型的兩種方式與其特點(diǎn)（自主特化、有條件特化）胚胎發(fā)育的兩種方式與其特點(diǎn)（鑲嵌型發(fā)育、調(diào)整發(fā)育）形態(tài)決定子胞質(zhì)定域（海膽、軟體動(dòng)物、線蟲(chóng)）細(xì)胞命運(yùn)漸進(jìn)特化的系列實(shí)驗(yàn)雙梯度模型誘導(dǎo)、胚胎誘導(dǎo)當(dāng)前43頁(yè)，總共65頁(yè)。第二章細(xì)胞分化的分子機(jī)制個(gè)體發(fā)育的中心問(wèn)題是細(xì)胞分化。從表型特征上，將可細(xì)胞分為3種類型：全能細(xì)胞：能夠產(chǎn)生有機(jī)體所有細(xì)胞表型，或者一個(gè)完整的有機(jī)體。全套基因信息都可以表達(dá)。多潛能細(xì)胞：發(fā)育潛能受到一定的限定，僅能分化形成特定范圍內(nèi)的細(xì)胞。部分限制、部分表達(dá)。分化細(xì)胞：由多潛能細(xì)胞通過(guò)一系列分裂和分化發(fā)育成的特殊細(xì)胞表型。大部分限制、5-10%的信息表達(dá)。當(dāng)前44頁(yè)，總共65頁(yè)。全能細(xì)胞totipotentcell多能細(xì)胞pluripotentcell專能細(xì)胞multipotent雙能細(xì)胞bipotent單能細(xì)胞unipotent

當(dāng)前45頁(yè)，總共65頁(yè)。細(xì)胞分化是基因差異性表達(dá)的結(jié)果。體細(xì)胞基因組相同,但由于基因差異性表達(dá)，不同細(xì)胞具有了不同的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組。

引起差異基因表達(dá)來(lái)源：

——細(xì)胞內(nèi)卵質(zhì)差異

——細(xì)胞外周圍環(huán)境，鄰近細(xì)胞位置信息、細(xì)胞外信號(hào)分子差異基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制：

——基因差異轉(zhuǎn)錄

——核RNA的選擇性加工(轉(zhuǎn)錄組）

——mRNA的選擇性翻譯（蛋白質(zhì)組）

——差別蛋白質(zhì)的加工（功能蛋白質(zhì)組）

——表觀遺傳修飾（甲基化、組蛋白修飾等）當(dāng)前46頁(yè)，總共65頁(yè)。第一節(jié)基因組相同和基因差異表達(dá)一、有機(jī)體不同組織細(xì)胞基因組相同（一）遺傳學(xué)證據(jù)

染色體數(shù)目（二）胚胎學(xué)證據(jù)

不同細(xì)胞期的卵裂球可單獨(dú)發(fā)育個(gè)體（三）分子生物學(xué)證據(jù)

分子雜交

同一有機(jī)體的不同細(xì)胞，無(wú)論是已決定的細(xì)胞或是已分化的細(xì)胞，都與未分化細(xì)胞的核相同，具有相等的基因組結(jié)構(gòu)，即基因組相同。當(dāng)前47頁(yè)，總共65頁(yè)。二、發(fā)育過(guò)程中，核潛能的限定

Briggs&King（1952,1960）豹蛙核移植實(shí)驗(yàn)

早期卵裂：100%發(fā)育成正常蝌蚪囊胚：80%發(fā)育成正常蝌蚪原腸胚：50%發(fā)育成正常蝌蚪神經(jīng)胚：10%發(fā)育成正常蝌蚪

隨著胚胎發(fā)育的不斷進(jìn)行，細(xì)胞核指導(dǎo)發(fā)育的潛能被越來(lái)越限定，甚至喪失了指導(dǎo)全部發(fā)育的能力。當(dāng)前48頁(yè)，總共65頁(yè)。分化細(xì)胞核的潛在全能性分化細(xì)胞核移植不能獲得正常的胚胎。核克?。簩?nèi)胚層細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞、紅細(xì)胞的細(xì)胞核移植進(jìn)去核卵中，再將卵裂期或囊胚期的核再次移植，也可獲得正常的胚胎。

克隆羊Dolly（1996）：母羊乳腺上皮細(xì)胞核

一系列克隆動(dòng)物當(dāng)前49頁(yè)，總共65頁(yè)。iPS誘導(dǎo)多能干細(xì)胞2006年日本京都大學(xué)山中伸彌（ShinyaYamanaka）領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室在《細(xì)胞》上率先報(bào)道了iPS的研究。他們把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4這四種轉(zhuǎn)錄因子用逆轉(zhuǎn)錄病毒引入小鼠胚胎或皮膚纖維母細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)其發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的iPS干細(xì)胞，與胚胎干細(xì)胞極為相似。2007年11月，美國(guó)威斯康星大學(xué)Thompson實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)報(bào)道，利用ips技術(shù)同樣可以誘導(dǎo)人皮膚纖維母細(xì)胞成為幾乎與胚胎干細(xì)胞完全一樣的多能干細(xì)胞。采用了以慢病毒載體引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28這種因子組合。這些研究成果被美國(guó)《科學(xué)》雜志列為2007年十大科技突破中的第二位。2012年10月8日，JohnB.Gurdon與ShinyaYamanaka因此獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

當(dāng)前50頁(yè)，總共65頁(yè)。三、基因組相同的例外1染色體消減馬蛔蟲(chóng):——體細(xì)胞中80%的DNA丟失

2基因重排

B淋巴細(xì)胞：通過(guò)免疫球蛋白基因重排。3.基因擴(kuò)增基因選擇性復(fù)制。當(dāng)前51頁(yè)，總共65頁(yè)。第二節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控一、基因表達(dá)的時(shí)間和空間的特異性

基因表達(dá)的精確時(shí)間、空間位置，否則會(huì)導(dǎo)致發(fā)育異常。當(dāng)前52頁(yè)，總共65頁(yè)。二、發(fā)育中基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)和變化珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄圖2.12圖2.13當(dāng)前53頁(yè)，總共65頁(yè)。三、基因差異轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制基因的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)錄過(guò)程圖2.14啟動(dòng)子、增強(qiáng)子轉(zhuǎn)錄因子（protein）當(dāng)前54頁(yè)，總共65頁(yè)。第三章轉(zhuǎn)錄后調(diào)控DNA——轉(zhuǎn)錄——RNARNA加工水平調(diào)控翻譯及翻譯后水平調(diào)控當(dāng)前55頁(yè)，總共65頁(yè)。第一節(jié)RNA加工水平調(diào)控一、mRNA前體和mRNA細(xì)胞核的最初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，細(xì)胞核RNA，區(qū)別細(xì)胞質(zhì)中mRNA——與mRNA相比，細(xì)胞核RNA分子量大，壽命短——僅有少部分能被加工形成mRNA當(dāng)前56頁(yè)，總共65頁(yè)。二、前體RNA加工

圖3.2不同發(fā)育期的核RNA一致性。在一定程度上，基因差異表達(dá)是在RNA加工水平上進(jìn)行調(diào)控。在核RNA、細(xì)胞質(zhì)mRNA、（翻譯）水平分別檢測(cè)。當(dāng)前57頁(yè)，總共65頁(yè)。三、加工水平的調(diào)控圖3.4DNA—mRNA前體—不同加工——mRNA——當(dāng)前58頁(yè)，總共65頁(yè)。第二節(jié)翻譯及翻譯后水平調(diào)控mRNA的種類、數(shù)