优选第一篇发育生物学基本原理
第一章 细胞命运的决定.
卵细胞质中呈一定形式分布，受精时发生运动，被分割到一 定区域，进而进入不同的分裂球中决定分裂球发育命运的现 象。
1、黄色新月与海鞘肌肉形成
Chabry 1887，将海鞘分裂球分离后培 养：海鞘每个裂球都可以自主发育，海 鞘胚胎好像是由能自我分化的各部分相 加构成的镶嵌体。 海鞘裂球的发育命运在8细胞期已决定， 分离后能够自我分化。但神经系统的发 育需分裂球之间的相互诱导。
• 帽贝纤毛细胞
分离的裂球中已经含有决定自 身发育命运、分裂节奏和卵裂 模式的细胞质
预定成纤毛细胞
16细胞
48细胞
纤毛幼虫动物极观
3、生殖质与生殖细胞
生殖质（极质，P颗粒）：含有生殖细胞决定子的细胞质， 获得生殖质的卵裂球将形成原生殖细胞 （1）线虫：副蛔虫 Parascaris aequorum 染色体消减（chromosome diminution）---- 卵裂时，染色体 不同程度丢失在细胞质中的现象 染色质消减者—体细胞；染色质不消减者—原生殖细胞
栉板（E）、发光细 胞（M），决定发生 在8细胞以后，即： 8细胞之前两种决定 子在细胞中同时存在， 8细胞之后分离到不 同细胞
二、形态发生决定子的性质
• 某些特异性蛋白质和/或mRN因表达，从而决定细胞分化方向
（一）、海鞘形态发生决定子（两类）
1、可以激活基因转录的物质（蛋白因子）
正常
植物极处含有抑 制染色体消减的 细胞质
离心改变第1 次裂面位置
• 秀丽隐杆线虫 Caenorhabditis elegans
—— 胚胎细胞命运主要由卵内细胞质决定，而非邻近细胞间相互作用决定
PIE-1 SKN-1
4、栉水母
细胞质定域的重新排列
有些细胞质定域并不是预先存在于合子中，而是在卵裂中重新确立 • 栉水母（ctenophores） 鞭毛上面有栉板和发光细胞
发育生物学第1章果蝇生殖干细胞决定
1. 生殖干细胞的决定线虫: P颗粒线虫生殖干细胞的决定从受精卵第一次分裂就开始了。
真皮、神经、肌肉肌肉、腺体、体腔肠肌肉线虫生殖干细胞决定26 细胞期果蝇生殖干细胞决定胚盘影响果蝇生殖干细胞发生的基因的相互作用级联关系的研究oskar3’末端非翻译区含定位信息，在微管的作用下可以准确定位。
脊椎动物生殖干细胞的决定脊椎动物生殖干细胞决定的细胞学过程还不十分清楚，但它们都发生在胚胎发育早期特定的部位。
在当前一些发育生物学研究中称这些细胞为原（始）生殖细胞。
爪蟾生殖质是位于植物极附近一团富含mRNA和蛋白质的特殊细胞质。
果蝇生殖干细胞的迁移蛙生殖干细胞的迁移囊胚腔卵裂沟动物极生殖质暗区鸡生殖干细胞的迁移鸡生殖干细胞的迁移生殖腺上皮原始生殖细胞爬行类和鸟类生殖干细胞的迁移通过血液运输的方式实现lag-2 蛋白曲精小管横切面精小管腔精子细胞残留体支持细胞A1型精原细胞B型精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精子发生的合胞体克隆现象高尔基体发育为精子的顶体；中心粒定位在精子的颈部；大量的线粒体环绕排列在精子的中段，；从中段到尾部形成长长的鞭毛动物精子形态多样性表明生物进化的多样性和对于环境、生理过程的适应。
精子发生中基因表达的调控精子发生中基因转录主要发生在减数分裂的双线期。
虽然果蝇Y染色体的功能并不涉及性别决定，但来源于Y染色体的转录是控制精子发生所必需的。
果蝇XY型和XO型都是雄性，但是后者却无生育能力。
卵细胞典型结构卵黄膜核线粒体皮质颗粒卵黄颗粒质膜卵黄膜凝胶层皮质颗粒质膜A人卵巢中生殖细胞数量的年龄变化初级卵母细胞可以滞留在第一次减数分裂双线期长达50年卵泡周期性逐一发育成熟果蝇卵细胞的分化与决定12139101467534816121115滋养细胞后端滤泡细胞从滋养细胞向卵细胞的mRNA 的运输爪蟾卵细胞卵黄物质的极性积累。
发育生物学课件1introduction (2)-86页PPT文档资料
序言：发育生物学中的一些基本原理；发育生物学 中的动物模型；发育生物学中的现代技术。
胚胎的早期发育：卵裂、原肠作用、神经胚作用。 细胞分化的机制：侧重基因表达的调控对组织器官
形成和分化的影响。 果蝇躯体轮廓发育的分子机制 四肢动物的肢体的发育 性别决定与生殖细胞
Developmental Biology
主要参考书
1. Scott Gilbert编:《Developmental Biology》，6th Editions, 2000.
2. Lewis Wolpert主编：《 Principles of Development》，2019.
3. Klaus Kalthoff:《Analysis of Biological Development》，2nd edition, 2019.
Developmental Biology
2、细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念
19世纪30年代末：Mathias Schleiden和Theodor Schwann提出细胞学说。
1840, August Weismann提出了生殖细胞论，认为后代 个体是通过精子和卵子继承亲本描述躯体特征的信息； 卵子是一个细胞，其分裂产生的细胞可分化出不同组 织，从而否定了preformatology
17世纪，意大利胚胎学家 Marcello Malpighi观察到的 鸡胚
Developmental Biology
17世纪，精原学说的代表人 物Nicholas Hartsoeker所想 像的精子中的微型人 法国科学家Bonnet(1745)提 出胚胎发育套装论
3、Mosaic and Regulative Development(续) Wilhelm Roux的同事Hans Driesch的下述实验表明，胚
发育生物学第一章绪论
17世纪，精原学说的代表人 物Nicholas Hartsoeker所 想像的精子中的微型人
法国科学家Bonnet(1745)提 出胚胎发育套装论
2、细胞学说改变了胚胎发育与遗传的概念 19世纪30年代末：Mathias Schleiden与Theodor Schwann提出细胞学说。 1840, August Weismann提出了生殖细胞论，认为后 代个体是通过精子与卵子继承亲本描述躯体特征的信 息；卵子是一个细胞，其分裂产生的细胞可分化出不 同组织，从而否定了preformation论。 19世纪对Sea Urchin受精卵的观察发现，受精卵含有 两个细胞核，并最终合并为一个细胞核，表明细胞核 含有遗传的物质基础。
Genome size
12,068 kb 97,000 kb 120,000 kb 34491 kb 33827 kb
Gene nos.
5,885 19,099 13,601
545
225
Gene density
1 in 2 kb 1 in 5 kb 1 in 9 kb 1 in 63 kb 1 in 150 kb
发育生物学
第一章 序 言
一、前言 (一) 概念
发育生物学是一门研究生物体从精子与卵子发生、受
精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。
发展基础：胚胎学、遗传学、细胞生物学。
发展过程：形态 机理
组织器官 细胞
分子
本课程的主要讲授内容
序言：发育生物学中的一些基本原理；发育生物学中 的动物模型；发育生物学中的现代技术。 胚胎的早期发育：卵裂、原肠作用、神经胚作用。 细胞分化的机制：侧重基因表达的调控对组织器官形 成与分化的影响。 果蝇躯体轮廓发育的分子机制 四肢动物的肢体的发育 性别决定与生殖细胞
发育生物学课件1introduction
胎具有在局部被排除或受损伤后仍正常发育的能力，即胚 胎发育是可调节的。
Developmental Biology
4、Discovery of Induction 1924年，Hans Spemann和Hilde mangold的移植实验表
Developmental Biology
发育生物学
Developmental Biology
第一章 序 言
一、前言 (一) 概念
发育生物学是一门研究生物体从精子和卵子发生、受
精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。
发展基础：胚胎学、遗传学、细胞生物学。
发展过程：形态 机理
组织器官 细胞
分子
Developmental Biology
谱发育。
Developmental Biology
两栖动物眼区细胞的潜能随发育时期的不同而改变
原肠胚中眼区将发育 为眼睛。
将原肠胚中眼区细胞移 植到神经胚的躯干区， 它们将按新部位的命运 发育为体节和脊索。
将神经胚中眼区细胞移 植到神经胚的躯干区， 它们仍将发育为类似于 眼的结构。
Developmental Biology
2. Pattern formation:
(1) 躯体轴线的制定
Developmental Biology
2. Pattern formation:
(2) 胚层的形成
Developmental Biology
3. Morphogenesis
最突出的形态变化发生 在原肠作用开始之后。
发育生物学重点知识点
第一章发育生物学研究内容和发育的基本过程个体发育：受精卵--------成熟个体系统发育：同一起源的生物种群系统发生过程发育生物学：应用现代生物学技术，从细胞水平和分子水平上研究生物发育机制的科学。
主要任务：研究遗传程序和调控机制发育个体发育的基本规律：胚前发育（受精——原肠形成），胚胎发育，胚后发育个体发育具有严格的时空特征主要任务：有机体全部细胞产生并组织成结构保证世代交替和生命的连续亚里士多德提出先成论：生物个体胚胎预先存在于胚胎中，各个部分随着胚胎的发育而长大。
精原论：胚胎预先存在于精子中卵原论：胚胎预先存在于卵子中后成论：胚胎发育过程中，各种结构式逐渐形成的。
比较胚胎学冯贝尔法则：所有脊椎动物在通过一个非常相近的早期胚胎之后，才发生发育途径的分化，胚胎开始依次具有各纲、目属的特征。
Weisman提出了生殖质论，Hertwig提出了受精论实验胚胎学19世纪末到20世纪初，胚胎学发张为用实验手段探索发育原理和细胞之间的相互关系，探索单细胞合子是如何分化产生不同形态功能的组织细胞。
分子胚胎学利用分子生物学的方法，从分子水平阐明发育机制。
模式生物海胆：大量的精子卵子，卵子小且透明，胚胎发育持续时间短，世代周期长果蝇：个体小，易于培养，乱子大，易于观察原位杂交技术：核酸分子杂交技术，通过检测某一特定mRNA在组织或胚胎中的分布胚胎干细胞：早期胚胎分离出来的一类细胞，体外培养无限繁殖，自我更新，多向分化。
第二章生殖质：定位于卵质特殊区域的一类特化的胞质决定因子，主要有RNA和蛋白质组成，决定PGC的形成和发育。
精子形成的任务：单倍体配子，为受精的准备精子变态：①鞭毛形成②顶体形成③细胞质的其他变化④鱼精蛋白代替组蛋白精子与支持细胞：支持、营养生精细胞参与调节精子发生周期胞质运动使精子推向官腔分解吸收精子残余物。
卵子形成：启动维持早期胚胎代谢和发育卵黄的化学组成：蛋白质、磷脂，少量中性脂肪卵黄作用：供应胚胎的能量和物质合成原料于卵细胞质分布、卵细胞极性产生、细胞分化密切均黄卵：文昌鱼、海胆、哺乳类端黄卵：鱼类、鸟类、爬行类中黄卵：昆虫（果蝇）软体动物极体几乎不含细胞质卵子发育同步性：仅限于卵原阶段滤泡细胞作用：为卵母细胞提供营养物质，分泌固醇类激素，参与精子调节，形成卵外卵膜初级卵膜：卵细胞本身分泌的物质形成次级卵膜：滤泡细胞分泌的物质三级卵膜：输卵管和生殖附属器官分泌形成第三章受精：两性生殖细胞结合形成具备双亲遗传潜能的受精卵的过程，是新生命的开端受精时雌性生殖细胞减一前：蛔虫减二中：脊椎类，文昌鱼完成：海胆受精的任务：将父母的基因遗传给后代激活卵子，启动个体发育受精过程：①精子卵子的接触与识别物种特异性精子吸引，精子激活肽（特异性趋化因子）精子附着—物种特异性结合精子顶体中有结合素，卵膜上油结合素手提②精子与卵子的融合③卵的激活④精卵遗传物质的融合顶体反应：受精时，精子与卵外胶膜接触，引起精子顶体发生胞吐作用，释放的蛋白水解酶和产生的顶体突起共同作用，从而使精子穿过卵外胶膜与卵黄膜直接接合。
发育生物学提纲
发育生物学后成论与先成论的持久论争早在公元前4世纪，Aristotle对于动物胚胎的不同部分和成体动物各种结构形成的原因就提出了自己的观点。
在观察鸡、星鲛和一些无脊椎动物胚胎发育的基础上，他首先提出了胚胎是由简单到复杂逐渐发育形成的，这个理论后来称为后成论（theory of epigenesis），也称渐成论。
他的思想在19世纪末之前一直占有主要地位。
直到公元17世纪后期和18世纪，以精源学说和卵源学说为代表的先成论（theory of performation）占据了统治地位。
两种学说的共同点认为胚胎是成体的雏形，是配子中固有的结构，胚胎发育仅仅是原有结构的增大。
这两种学说还认为卵子中含有所有后代的微小胚胎，一个世代包含下一个世代，使种族得以延续。
⏹Mosaic and Regulative Development19世纪80年代，Weismann就提出了关于细胞、染色体和基因与胚胎发育关系的理论。
他认为合子的细胞核含有大量特殊的信息物质——决定子（determinant），在卵裂的过程中这些决定子被不均匀地分配到子细胞中去控制子细胞的发育命运。
细胞的命运实际上是由卵裂时所获得的合子核信息早已预定的，这一类型的发育我们称为嵌合型发育（mosaic development）。
第一篇发育生物学基本原理第一节细胞发育通过形态发生决定子自主特化一、细胞定型和分化从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫细胞分化（cell differentiation）。
已分化的细胞不但具有一定的形态和合成特异的产物，而且行使特异的功能。
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，这一过程称为定型。
Slack（1991）建议将定型分为特化和决定两个时相。
特化specification：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。
（―签约意向‖）决定determination：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。
发育生物学_第一章
动物发育的特征和规律： 发育的特征是具有严格的时间和空间 的次序性，这种次序性由发育的遗传程序 控制。发育是有机体的各种细胞协同作用 的结果，也是一系列基因网络性调控的结 果。 多细胞有机体的发育有两个主要的功能： 产生细胞的多样性并使各种细胞在本世代 有机体中有严格的时间和空间的次序性； 保证世代的交替和生命的连续。
一、后成论与先成论 早在公元前升世纪，Aristotle公元前（384 －322年）对于动物胚胎的不同部分和成体动 物各种结构形成的原因就提出了自己的观点。 他认为只有两种可能：一种可能是卵子或精子 中本来具有微小的结构，在发育过程中逐渐长 大形成胚胎和成体的结构；另一种可能是卵子 或精子中本来并不具有这些结构，而是在发育 过程中逐渐形成的。
图1．3蛙早期胚胎中生殖质位置变化示意图 A最初生殖质在受精卵中位于植物权附近B．卵裂开始后生殖 质沿分裂沟移动C．囊胚期生殖质位于囊胚腔底部细胞的分裂沟 附近
三、减数分裂 原生质细胞进入生殖腺原基 后不断地进行有丝分裂，产生生 殖干细胞后代。由生殖干细胞分 化成为雌性配子或雄性配子。
四、生殖细胞定向分化的决定 对大多数动物，迁移进行生殖腺原基 的原生质细胞具有两种发育潜能，由生 殖腺内的微环境决定分化成为精子或卵 子。 这里涉及两种决定，第一种决定是生 殖干细胞是进入减数分裂进行配子发生 还是继续进行有丝分裂成为生殖干细胞； 第二种决定是进行减数分裂的细胞是发 育成卵子还是精子。
第 一 篇
动物个体发育模式
多细胞有机体的个体发育开始于精子 和卵子的融合，通过受精激活发育的程 序，开始复杂的胚胎发育过程。尽管各 种动物形态不同，卵子类型不同，胚胎 发育的模式也多种多样，但是它们的发 育一般都要经过几个主要的胚胎发育阶 段，即受精、卵裂、原肠胚形成。神经 胚形成和器官形成才能发育成为幼体， 通过生长发育为成体，再经历衰老、死 亡完成个体发育。
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✓ 正常成体的血红蛋白分子 中α2β2占97%，α2δ2为 2%-3%，α2γ2为1%。
✓ 人的ζ-和α-珠蛋白基因 位于第16号染色体上，而 ε -、γ-、δ-和β-珠蛋 白基因相连，在第一号染 色体上依次排列。
✓ β-珠蛋白基因家族的表达 显示了一种调控机制，即 指导其从胚胎型→胎儿型 →成体型转变的顺序开关。
(三)转录调控蛋白5S核糖体RNA基因的转录调控
三、基因差异转录的调控机制
基因的结构及转过程
✓启动子、增强子 ✓转录因子（protein）
第三章 转录后调控
• DNA——转录——RNA ✓RNA加工水平调控 ✓翻译及翻译后水平调控
第一节 RNA加工水平调控
一、mRNA前体和mRNA
细胞核的最初转录产物，细胞核RNA，区 别细胞质中mRNA
——与mRNA相比，细胞核RNA分子量大，寿 命短
——仅有少部分能被加工形成mRNA
二、 前体RNA加工
• 不同发育期的核RNA一致性。在一定程度上， 基因差异表达是在RNA加工水平上进行调控。
• 在核RNA、细胞质mRNA、（翻译）水平分别 检测。
三、 加工水平的调控
DNA— mRNA前体— 不同加工——mRNA——
• wnt-1 类在爪蟾异位表达可诱导次级胚轴的形
成;
• wnt-5a 不具有次级体轴诱导的能力，但可以
降低细胞的黏着性，改变细胞的运动状态。
第一节 基因组相同和基因差异表达
一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据 （一）遗传学证据
染色体数目
（二）胚胎学证据
不同细胞期的卵裂球 可单独发育个体
（三）分子生物学证据
分子杂交 原位杂交 同一有机体的不同细胞，无论是已决定的细胞或是已 分化的细胞，都与未分化细胞的核相同，具有全部发 育的潜能，具有相等的基因组结构，即基因组相同。
TGFβ参与细胞分裂的调节. BMP在脊椎动物及果蝇的胚胎背腹轴图式形成中具有重 要作用。 Nodal 在脊椎动物胚胎中胚层的图式形成、左右轴的建 立中起着关键作用。
图4.1 TGFβ 信号传导途径
二、Wnt 信号途径
• 分泌性信号分子 人类 19，果蝇 7 活性差异：Wnt-1/wg, Wnt-5a
二、核潜能的限定
核移植实验
随着个体发育的不断进行，细胞核指导发育的 潜能被越来越限定，甚至丧失了指导全部发育 的能力。
一般核移植过程
核克隆过程
核克隆过程
Dolly的诞生
三、基因组相同的例外
1 染色体消减 马蛔虫: 体细胞中80%的DNA丢失 生殖细胞含完整的基因组结构
2 基因重排 图
免疫球蛋白基因重排
优选第一篇发育生物学基本原 理
➢ 细胞分化是基因差异性表达的结果, 由基因 差异性表达，不同细胞具有了不同的蛋白质组。 引起差异基因表达来源于： —— 细胞内卵质差异 —— 细胞外邻近细胞的相互作用
差异基因表达的调控机制： —— 差异基因转录 —— 核RNA的选择性加工 (转录组） —— mRNA的选择性翻译 （蛋白质组） —— 差别蛋白质的加工（功能蛋白质组）
第二节 翻译及翻译后水平调控
• mRNA的种类、数量，贮藏/翻译
• 翻译的时间、数量 ——与其他基因产物的协调
• 翻译产物的加工、转运、包装
第四章 发育中的信号传导
• 多细胞动物的胚胎发育是一个复杂又高度协调 的过程。
• 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。
剪切
第二节 染色质水平基因活性的调控
第二节 转录水平调控
一 、基因表达的时间和空间的特异性
基因表达的精确时间范围、空间位置， 否则会导致发育异常。
二、发育中基因转录水平的调节和变化
珠蛋白基因的转录
•图 •图
✓ 妊娠第3个月：γ-珠蛋白 基因表达逐渐停止，同时 β-和δ-基因开始表达， 产量逐渐增加。
参与早期胚胎发育的信号调节途径
一、TGFβ 信号途径 二、Wnt 信号途径 三、Hedghog 信号途径 四、Notch 信号途径
一、TGFβ 信号途径
转化生长因子（tranforming growth factor β， TGFβ），是一类分泌性的信号分子。
超家族因子包含30个成员: TGFβ，BMP (bone morphogenetic protein), Activin等亚类。