发育生物学重点(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上一、绪论 1.1分化：细胞的多样性产生的过程（从单个全能的细胞-受精卵，产生各种类型分化细胞的发育过程。）。形态发生：由分化而产生多样性的细胞构成组织、器官建立结构的过程。图式形成：胚胎形成不同组织、器官和构成有序空间结构的过程1.2大多数动物的发育要经历胚胎期、幼体期、变态发育期和成体期1.3胚轴：胚胎前段到后端的前-后轴，背侧到腹侧的背-腹轴。对称动物还具有中侧轴或左-右轴1.4调整型：胚胎为了保证正常发育，可以产生细胞位置的移动和重排（海胆、两栖类和鱼类等动物）。嵌合型：合子的细胞核含有大量的特殊信息物质-决定子，卵裂过程中被平均分配到子细胞中去控制子细胞的发育

2、命运，子细胞的发育命运由卵裂时获得的合子信息所预定，这一类型发育（青蛙、海鞘、栉水母、环节动物、线虫、软体动物）。形态发生决定子(成形素、胞质决定子）：细胞质中含有的决定细胞分化的特定物质。二、细胞命运决定2.11)细胞定型：细胞在分化之前，将发生一些隐蔽的变化，使细胞朝特定方向发展的过程。2)定型分为特化和决定两个阶段特化：当细胞或组织放在中性环境如培养皿中可以自主分化时，该细胞或组织已经特化。已特化的细胞或组织的命运是可逆的。决定：当一个细胞或者组织放在胚胎另一部位可以自主分化时，该细胞或组织已经决定。已决定的细胞或组织的发育命运是不可逆的3)定型有两种方式：（1）自主特化：细胞命运完全由

3、内部细胞质决定。特点：a.通过胞质隔离实现：卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的卵裂球中，卵裂球中所含的特定细胞质决定它发育成哪一类细胞，而与邻近细胞无关。b.镶嵌型发育：以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式（2）有条件特化（渐进特化、依赖型特化）：细胞的发育命运完全取决与其相邻的细胞或组织.特点：a通过胚胎诱导实现：胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过相互作用，决定其中一方或双方细胞的分化方向。相互作用之前， 细胞具有多种分化潜能，但和邻近细胞或组织相互作用后逐渐限制了它们的发育命运，使之朝某一特定方向分化。b调整型发育：以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式。2.21）胞质定域：形态发生

4、子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精后发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂时分配到特定的卵裂球中，决定裂球的发育命运。这一现象称为胞质定域，或胞质隔离、胞质区域化、胞质重排。2）形态发生决定子(成形素、胞质决定子）：细胞质中含有的决定细胞分化的特定物质。作用或性质：（1）激活某些基因转录的物质（2）某些m RNA3）胚胎诱导：胚胎一部分细胞可以对邻近另一部分细胞施加影响，并决定其分化方向，这种作用称为胚胎诱导。2.3命运渐进特化实验系列：1）Roux 缺损实验-蛙（镶嵌型发育 缺损实验 奠定实验胚胎学）2）Driesch分离组合实验-海胆3）Horstadius 分离实验-海胆（既镶嵌型发育,

5、又调整型发育）2.4双梯度模型(P48 图1.19)三、细胞分化的分子机制3.11）细胞分化的本质：基因的差异性表达。细胞表型：a全能细胞：能够产生有机体所有细胞表型，或者一个完整的有机体。全套基因信息都可以表达。b多潜能细胞：发育潜能受到一定的限定，仅能分化形成特定范围内的细胞。部分限制、部分表达。c分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。大部分限制、 5-10%的信息表达。2）基因差异表达来源：细胞内卵质差异、细胞外邻近细胞的相互作用。3）基因差异表达机制：差异基因转录、核RNA的选择性加工、mRNA的选择性翻译、差别蛋白质的加工四、发育中的信号传导4.1信号传导：

6、信号传导是细胞间通讯的主要形式，即由信号细胞产生信号分子，诱导靶细胞发生某种反应；靶细胞通常通过特异性受体识别细胞外信号分子，并把细胞外信号转变为细胞内信号，引起细胞反应的这一过程称为信号传导4.2早期胚胎发育的信号调节途径：一、TGF 信号途径（配体信号传导） 二、Wnt 信号途径（配子信号传导） 三、Hedghog 信号途径（经典途径） 四、Notch 信号途径（非经典途径）五、受精机制5.1成熟卵形态学标志：核膜破裂、 染色体凝聚、 纺锤体形成、 第一极体排出成熟卵分子水平标志：卵母细胞 cAMP 浓度下降、Ca 2+ 浓度上升、蛋白质合成增加 ( pp39mos )、蛋白质去磷酸化或磷

7、酸化、促成熟因子类（MPF）物质的出现5.2CSF、MPF、PKA、 CKII（P118 图5.1）蛋白质激酶A（PKA）：(停留第 1 次减数分裂）细胞静止因子（CSF）: (停留第 2 次减数分裂） （ pp39mos、 cdk2）促成熟因子 （MPF）: p34cdc2 cyclin B酪蛋白激酶（CK II）：（使 pp39mos 失活）5.3精子获能：精子在若干生殖道获能因子作用下，精子膜发生一系列变化（吸附于精子膜表面精液蛋白的去除，膜表面蛋白的重组等），进而产生生化和运动方式的改变。获能后精子穿越卵母细胞周围的滤泡细胞和透明带的能力提高，发生精子顶体反应的前奏。影响因素：1) 蛋

8、白激酶活性的改变2) 源于雄性生殖道的受精促进肽5.4顶体反应：精子与卵子结合过程中，精子表面顶体膜发生变化，顶体的水解酶释放，精子质膜与卵质膜结合，精子入卵。皮质反应：精卵融合的瞬间，卵子改变质膜和透明带的特性，阻止多精受精，确保胚胎正常发育。5.5精卵识别1）距离识别：卵细胞在完成第二次减数分裂后，可以分泌具有物种特异性的向化因子，构成卵周特有的环境，这种微环境不仅可以控制精子类型，而且可以引导精子、使其适时完成受精精子的化学趋向性（向化性） 2）接触识别：精子与滤泡细胞、透明带ZP、卵质膜相互作用。受体功能的精子表面蛋白5.6受精过程：卵母细胞成熟、精子获能、精卵接触和识别、精子入卵、卵

9、的激活并开始发育六、卵裂6.1卵裂期是指受精卵开始有丝分裂并产生由较小的细胞构成的囊胚(blastula)的过程。卵裂特点：1）细胞体积不增加2）核分裂快，两次分裂之间无生长期3)质核比例减小6.2 卵裂类型辐射型: 海鞘、海胆、两栖类全卵裂螺旋型: 螺、蚌、软体动物、纽形动物、多毛类动物旋转型: 哺乳动物盘状偏裂：鸟类、鱼类等端 黄和极端端黄卵偏裂表面裂:中黄卵(昆虫)影响卵裂方式因素：卵质中卵黄的含量及分布卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子6.3哺乳动物卵裂与其它动物卵裂区别1）卵裂速度慢，卵体积最小而且数量少，体内发育2）卵裂球排列方式独特，旋转均裂3）早期卵裂不同步-奇数卵裂

10、球4）8细胞期出现紧密化现象5）16细胞期形成桑椹胚, 内细胞团形成、外层细胞6）64细胞期出现内细胞团与滋养层细胞，滋养层细胞与内细胞团的卵裂球的分离是哺乳动物发育中的第一个分化事件。7）合子基因组启动早（小鼠、山羊 2-细胞）6.4胚胎干细胞：保持了分化为胚胎本体的潜能的、可在体外增殖的胚胎细胞。在基因功能研究和疾病治疗方面有重要的作用6.5斑马鱼：盘状不完全卵裂，经历了10次卵裂 果蝇：表面卵裂，前13次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫合胞体胚层，在第14次分裂，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个核围成一个细胞，形成细胞化胚。6.6卵裂周期调控: 体细胞的细胞周期：分裂期（M）、分裂

11、间期（G1、S、G2）卵裂周期调控因子：MPF、cdc2激酶、cyclin B、cdc 25d磷酸酶、分裂检查点、CSF(细胞静止因子 )6.7果蝇卵裂调控机制P141 图6.12 6.8哺乳类、鱼类、昆虫卵裂的过程及其特点（看书P131）七、原肠作用7.11）原肠作用：胚胎细胞剧烈、高速、有序运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。形成由3个胚层细胞构成的胚胎结构（原肠胚）: 外胚层、中胚层和内胚层。2）细胞运动方式 6 种：外包、内陷、内卷、内移、分层、集中延伸7.2海胆原肠作用基本过程与特点囊胚由1000个单层细胞组成，细胞质来自受精卵不同区域，细胞大小和特性不一基本过程：1）初级

12、间质细胞内移2）早期原肠内陷3）晚期原肠内陷特点：形成三胚层 内胚层（内陷的植物极细胞） 中胚层（次级间质细胞） 外胚层（动物极细胞）7.3文昌鱼原肠作用基本过程与特点囊胚由包围囊胚腔的单层细胞构成基本过程：（1）植物极预定内胚层细胞伸长，形成扁而厚的植物极板。（2）植物极板内陷。挤压囊胚腔与动物极细胞靠近，形成一个双层细胞构成的杯状结构。除植物极板内陷外，胚唇细胞内卷。（3）外面一层为外胚层：表皮和神经系统，里面一层为中、内胚层：脊索、肌肉，消 化管。（分层）文昌鱼原肠胚（1） 单层 到 双层 （2）囊胚腔消失，原肠腔形成7.4鱼类原肠作用基本过程与特点中期囊胚转化：在斑马鱼第 10 次卵裂

13、期间，细胞分裂不再同步，新的基因开始表达，且细胞获得运动性。最早的细胞运动是胚盘细胞沿卵黄四周下包。初始阶段，胚盘内层细胞向外周迁移，插入包被层细胞中。稍后，包被层细胞沿卵黄表面下包，直到将卵黄全部包围起来。基本过程：1）中期囊胚转换和细胞运动性获得2胚层形成7.5两栖类原肠作用基本过程与特点（爪蟾）基本过程：内胚层：细胞下陷，原肠作用开始 瓶状细胞形成，外表面收缩，内表面扩张，牵拉植物极细胞到达缘区中胚层：内卷、迁移、集中延伸 深层细胞运动到胚唇后，卷入胚胎内部外胚层：下包 动物极表面细胞、深层细胞、非内卷缘区细胞插入混合成单层，沿胚胎表面下包7.6鸟类原肠作用基本过程与特点原条形成：胚胎后

14、端上胚层细胞的加厚，上胚层中的中胚层细胞内移和后端两侧细胞向中央迁移所致，随着加厚部分不断变窄，不断向前运动，并收缩为清晰的原条。原条延伸至明区长度的60-75%处，成为胚胎前后轴的标志。基本过程：1）下胚层和上胚层的形成2）通过原条细胞的迁移：内胚层和中胚层的形成7.7哺乳类原肠作用基本过程与特点基本过程：1）内细胞团分隔为下胚层和上胚层2）上胚层分隔为胚胎上胚层和羊膜外胚层3）胚胎上胚层发育成为胚胎 (原条)4）其余部分发育为胚外组织5）胚外膜形成特点：预定中胚层和内胚层的细胞迁移到胚胎内部，预定外胚层细胞包被在胚胎的外面。胎盘形成：合胞体滋养层充分发育后，深入子宫，形成由滋养层组织和富含

15、血管的中胚层构成的器官绒毛膜，绒毛膜和子宫壁融合形成胎盘。胎盘作用：1）绒毛膜使母体和胎儿之间能进行气体和营养交换。2）绒毛膜的合胞体滋养层可产生 3 种激素： 绒毛膜促性腺激素： 孕酮：子宫壁增厚并布满血管 绒毛膜催乳激素：促进妊娠期乳房发育和产后生乳 3）绒毛膜保护胎儿免受母体免疫系统伤害的功能 4）阻止抗原产生的可溶性蛋白 5）抑制子宫内正常免疫反应的淋巴细胞的产生。7.8分化构象：八、神经胚和三胚层分化8.1三胚层分化命运：外胚层：表皮，神经系统。中胚层：肌肉，骨骼，心脏，结缔组织，血细胞，生殖腺，泌尿系统。内胚层：消化系统，呼吸系统。8.2神经胚：正在进行神经管形成的胚胎 神经胚形成

16、模式：1）初级神经胚形成 2）次级神经胚形成初级神经胚形成：脊索中胚层诱导覆盖于上面的外胚层细胞分裂、内陷，并与表皮脱离形成中空的神经管。 次级神经胚形成：外胚层细胞下陷进入胚胎形成实心细胞索，接着再产生空洞形成中空的神经管。 鱼 类：完全次级型 两栖类：绝大为初级型，仅尾神经管为次级型 鸟 类：前端为初级型，后端为次级型 小 鼠：第35节以后的神经管为次级型8.3中胚层的5个区域及其分化结果（1）位于胚胎背面中央的脊索中胚层，形成脊索（2）背部体壁中胚层，形成体节和神经管两侧的中胚层，将来产生背部结缔组织（骨、肌肉、软骨、真皮）（3）中段中胚层，形成泌尿器官和生殖管道（4）离脊索较远的侧板中

17、胚层，形成心脏、血管、血细胞以及体腔衬里和除肌肉外四肢所有中胚层组分。胚胎外膜（5）头部间质，形成面部结缔组织和肌肉。8.4体节：当原条退化，神经褶开始向胚胎中央合拢时，轴旁中胚层被分隔成一团团细胞块，称作体节。8.5哺乳类造血位点随胚胎发育的变化1）胚胎：最初血岛出现在卵黄囊中胚层2）11天左右：造血干细胞、CFU-S细胞出现在包括主动脉、生殖腺和中肾在内的中胚层区域3）胎儿：造血干细胞出现在肝脏内4）胎儿出生：造血干细胞由肝脏转移至骨髓，终身造血。九 、胚胎细胞相互作用-胚胎诱导9.1胚胎诱导：有机体发育过程中，一个区域的组织与另一个区域的组织相互作用，引起后一种组织分化方向上变化的过程。

18、9.2组织者：能够诱导外胚层形成神经系统，并能和其他组织一起调整成为中轴器官的胚孔背唇部分。9.3初级胚胎诱导：原肠形成时脊索中胚层诱导其表面覆盖的外胚层形成神经板的现象。9.4自动神经化：在没有诱导组织或不具诱导活性化学物质存在的情况下，外胚层外植块出现神经化的现象。自动中胚层化：在没有诱导组织或不具诱导活性化学物质存在的情况下，外胚层外植块出现中胚层化的现象。9.5次级诱导：通过一种组织与另一种组织的相互作用，特异地指定它的命运成为次级诱导。三级诱导：次级诱导的产物又可作为诱导者，通过与相邻组织的相互作用进行三级诱导。以眼为例：视泡是由原肠顶端诱导前脑向两侧突出而成。视泡诱导其上面覆盖的外

19、胚层形成晶状体，晶状体（三级诱导者）和视泡又诱导晶状体表面覆盖的外胚层形成角膜。9.6临近组织的相互作用，分为容许的相互作用、指令的相互作用容许的相互作用：在这里反应组织含有所有表达的潜能，它只需要一个环境允许它表达这些特性，虽然它的表达需要某些刺激，但这不能改变它的后生型发育方向。如许多组织发育需要一种含有纤维粘连蛋白和层粘连蛋白的基质，纤维粘连蛋白和层粘连蛋白只是刺激细胞的发育，但并不改变产生细胞的类型。指令的相互作用：这种相互作用改变反应组织的细胞类型，反应组织的发育潜能不稳定，其发育方向和过程取决于接收的诱导刺激的类型。如脊索诱导神经管的底板细胞形成中，所有的神经管细胞都能对脊索的信号

20、起反应，但是只有那些临近脊索的细胞被诱导，这些被诱导的细胞接收信号后表达这一组不同于它们在未与脊索接触时表达的基因。9.7间质和上皮相互作用机制：细胞与细胞的接触、细胞与基质的接触、可溶性信号的扩散。十、果蝇胚轴形成10.1果蝇胚轴形成的鉴定：果蝇幼虫体表的表皮提供很好的极性标志，利用果蝇突变体的表型对于胚轴形成相关基因比较容易鉴定胚轴形成。10.2各种极性：卵、胚胎、幼虫和成体均具有明确的前-后轴和背-腹轴。前-后轴：头节、胸节、腹节，原头和尾节背-腹轴：羊浆膜、背部外胚层、腹侧外胚层、中胚层10.3果蝇前后轴形成-（P222 图10.3）10.4前后轴三类及其决定基因1）前端组织中心：bc

21、d基因 exu 基因 swa 基因 2）后端组织中心：nos基因 tud基因 osk基因 vas基因 val基因 pum基因 cdl基因3）末端系统：tor基因 trk基因 fs(1)N基因 fs(1)ph基因10.5背腹轴形成（P226 问题不详）十一、附肢的再生和发育11.1附肢域：由有能力形成一个肢体的中胚层细胞所组成的区域。附肢域细胞的特点：可调节性。11.2顶端外胚层嵴AER：中胚层间质细胞诱导其外侧的外胚层细胞形成突起结构，位于肢芽的远端边缘背腹交界处，是肢体生长的主要信号中心。顶端外胚层嵴AER的形成：依赖于背部外胚层和腹部外胚层的互作用 证据：将一个肢芽的腹部外胚层细胞移植到另

22、一肢芽的背部外胚层中，将产生一个额外的AER；在肢芽外胚层背部化的突变体上，因缺少腹部外胚层而不能生成AER，造成无肢体。AER的作用： 1） 维持其内侧的间质细胞的增生能力，使肢体沿ProximalDistal轴线生长。2.）维持AP轴线控制因子的表达。3） 与控制AP和DV轴线的因子互作，以指导细胞的分化。11.3肢体近远(P-D)端轴线的生成 AER在肢芽沿PD轴线生长中的作用：AER是维持间质细胞分裂、推动肢体向外生长所必需的；AER影响A-P轴线；间质细胞决定了肢体的类型；间质细胞是维持AER所必需的。AER维持间质细胞的分裂能力、防止其形成软骨AER对PD轴线影响的 分子基础是FG

23、F因子PZ(指AER内保持了旺盛分裂能力的间质细胞区域) 识别和决定肢体的PD轴生长程度.肢体的P-D极性决定于PZ而非AER间质细胞离开PZ区的时间决定了其分化命运11.4肢体AP轴线的确定(鸡的肢芽尚未形成之前，其AP和DV轴线就已经确定。(移植的肢芽的极性不受受体胚胎极性的影响)极性决定区(zone of polarizing activity, ZPA)位于后部间质细胞区将额外的ZPA移植到肢芽的前端可导致远端形成镜像对称结构11.5shh为ZPA活性分子的实验说明（P306 图14.19）11.6肢体DV轴线的确定在背部外胚层特异性表达的Wnt-7a诱导背部间质细胞合成转录因子Lmx

24、-1，后者再控制肢芽背部特异性基因的表达。十二、变态发育12.1变态发育：在多种动物中，个体发育要经历一个幼虫期，幼虫具有与成体非常不同的特点，在发育中形态和构造经历了明显的阶段性变化，其中一些器官退化消失，有些得到改造，有些新生出来，从而结束幼虫期，建成成体的结构。这种现象统称为变态。12.2昆虫变态发育的激素调控机制原变态：多次蜕皮，无明显幼虫期（低等昆虫）半变态：不经过蛹期的简单变态（直、半翅目） 羽化 若虫（稚虫）成虫全变态：经过蛹期的完全变态 （双、鞘、鳞翅目） 蛹化 羽化 龄虫 蛹 成虫变态机制-激素调节发育和细胞分化激素种类（1）前胸腺分泌的蜕皮激素 负责幼虫新壳的泌成和硬化、蛹

25、化、蛹壳形成以及蜕皮相关的生长与分化。（2）咽侧体分泌的保幼激素 抑制上述激素负责的各种活动，协调控制蜕皮的特征发育。神经、激素、环境脑 促前胸腺激素前胸腺 蜕皮激素（激素原 活性）蜕皮 蜕皮激素龄虫蛹成虫保幼激素基因调节晚期龄虫，不同组织对蜕皮激素产生的敏感性差异。 蜕皮激素受体蛋白异构体（ EcR-A EcR-B1 EcR-B2） 专性幼体： EcR-B1 成 虫 盘： EcR-A12.3两栖类变态发育的激素调控机制1）形态学有尾幼体成体的形态前变态期变态顶峰期（四肢）生物化学 视色素（视紫质视紫红质） 血红蛋白（HbFHbA） 角蛋白（透明质酸氨基多糖） 代谢（排氨排尿素）2）变态的激素控制 甲状腺、碘 3）甲状腺分泌：甲状腺素（T4）三碘甲腺原氨酸（T3）下丘脑垂体甲状腺系统作用4）变态期间对甲状腺素的分子反应激素与细胞受体结合激活腺苷酸环化酶 ATPcAMP改变细胞合成的蛋白质的类型（靶细胞反应）专心-专注-专业