发育复习(共12页)

1、发育(fy)生物学 第一篇： 发育(fy)生物学基本原理第二篇： 动物(dngw)胚胎的早期发育第三篇： 动物胚胎的晚期发育第四篇： 发育生物学的新研究领域发育生物学（developmental biology）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。预成论Preformation ：生物个体的一切组成部分都早就存在于胚胎中，各个部分随着胚胎的发育而长大。渐成论Epigenesis ：在胚胎的发育过程中，各种结构是逐渐形成的。小鼠( mus musculus,Mouse):哺乳动物模型1. 最小的哺乳动物之一 (25-40

2、g)，世代周期短；2. 生物进化上与人类接近 (60 - 75 百万年)；3. 胎盘形成和早期胚胎发育与人类相近；4. 组织器官结构和细胞功能与人类相似，有高级神经活动;5. 小鼠基因组测序计划已完成,人类99%的基因存在于小鼠，基因同源性高达78.5% ,基因组93%的区域基因排列顺序与人类相同；6. 基因组改造的技术手段成熟；受精(Fertilization )：指两性细胞（精子及卵子）融合并创造出具备双亲遗传潜能的新个体的过程。受精过程:1、准备阶段：卵母细胞成熟、精子获能、精卵间的接触和识别；2、实质性阶段：精子入卵、受精卵的激活并开始发育。精子的发生：1、场所：睾丸（生精小管）；2、

3、时期：从初情期开始直到生殖功能衰退。哺乳动物精子形成的主要变化1、顶体的形成：顶体是由高尔基复合体构建成的囊状结构，似一顶“帽子”覆盖于精子核顶部；2、精子核发生旋转：随着“帽子”的形成，精子核发生旋转，使顶体面向生精小管的基膜；3、鞭毛的形成：由中心粒构成鞭毛；4、细胞器的变化：在精子形成的最后阶段细胞核染色质凝集(nngj)，大部分细胞质成分被抛弃，线粒体环绕鞭毛基部形成环状。精子和卵子(lunz)发生的比较：比较精子发生(fshng)与卵子发生的异同点：1、共性：精子发生与卵子发生统称为配子发生，都是由原始生殖细胞分化产生配子的过程。其发育也共享有一些共同的特征。概括起来，其共性主要有3

4、点：（1）两者都涉及减数分裂，因而成熟的卵子和精子都是单倍体，当精核与卵核在受精时融合后，一个物种正常的二倍体数被恢复；（2）两者都涉及广泛的形态学分化以利受精，精子的形态适应包括鞭毛生长、核凝缩、细胞质外排和顶体泡形成，卵子的形态适应包括其大小剧增、营养积聚、外壳保护层形成、皮层颗粒组装和控制胚胎发育胞质决定子的重新分布等；（3）卵子与精子在受精未发生之前，都不能过长时间存活。2、差异：精子与卵子发生的减数分裂事件基本相似，但也存在一定差异。一个精原细胞经精子发生过程形成4个精子，而1个卵原细胞经卵子发生仅产生1个卵子。卵子发生耗时较长，卵子成熟是渐进的，在其分裂过程中，要被阻挡在一个或较多

5、个阶段，在减数分裂过程中要被冻结很长时间。与卵子发生过程中卵母细胞的分化发生在减数分裂前期较长的时间相比，精子成熟是快速的，精子的特化主要发生在减数分裂后期由精子细胞变态成为精子这一较短的过程中。在这一变态过程中，单倍体精子细胞的核内物质高度浓缩，生出鞭毛，并排除多余的细胞质。受精过程：1)顶体反应：顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞。2)透明带反应：透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障；3)卵黄膜封闭作用：卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道屏障；4)雌、雄原核形成：雄原核形成和雌原核形成；5)原核(yun h)融合形成合子：雌雄原核融合形成合子(受精卵)。受精作用(zuyn

6、g)知识点概述：精子(jngz)获能成熟的精子并不代表具有受精能力，必须在雌性生殖道内获能后才具备受精能力。卵子的准备动物排出的卵子并未成熟且成熟程度因动物种类不同而异，但只有达到减数第二次分裂中期时，才具备与精子受精的能力。卵子受精的标志是在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。受精过程的三大反应与防止多精入卵的两道屏障:a.顶体反应顶体反应可使顶体内的酶释放出来，以溶解放射冠卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。b.透明带反应（第一道屏障）透明带反应是精子借顶体酶作用穿越透明带后与卵黄膜接触瞬间产生的，阻止后来精子进入透明带的生理反应，是防止多精子入卵受精的第一道屏障。c.卵黄膜

7、封闭作用（第二道屏障）卵黄膜封闭作用则是精子入卵后卵黄膜发生的拒绝其他精子入卵的生理反应，此为防止多精子入卵的第二道屏障。精子入卵后的变化：a.精子尾部脱离，原核膜解体形成比原细胞核大的雄原核；b.次级卵母细胞完成减数第二次分裂形成雌原核；c.最后两核经充分发育相互融合，形成合子。卵母细胞成熟形态学标志：1. 生发泡破裂（GVBD)；2. 第一极体排出；3.纺锤体形成；4.卵丘细胞扩展。受精促进肽（fertilization promoting peptide，FPP）：由前列腺分泌到精液的三肽(pGlu-Glu-ProNH2) ，可使小鼠或人的精子获能和提高受精能力，还能抑制顶体丢失。卵裂（

8、 cleavage）: 是在特殊时间、以特定的形式、发生在特殊细胞中的有丝分裂。卵裂阶段的细胞被称之为卵裂球。卵裂目的：1. 使卵裂球的大小达到正常体细胞的水平；2. 使卵裂球产生差异从而分化为不同的细胞。卵裂期的特点：细胞分裂方式为有丝分裂细胞(xbo)数目增加(zngji)胚胎(piti)总体积不增加或略有缩小每个细胞体积减小DNA总数目增加哺乳动物卵裂的特点：(1)卵裂速度很慢，每次卵裂需12-24 小时；(2)旋转式卵裂；(3)卵裂为不同步进行；(4)具有紧密化过程(compaction)；(5)与其他动物相比，合子基因表达时间早；(6)胚胎在囊胚期（即胚泡期）就已分化为内细胞团 （

9、inner cell mass)及滋养层(trophoblast or trophectoderm)。胚胎紧密化（compaction）：哺乳动物在8-细胞阶段前的卵裂球之间呈松散型排列。在第三次卵裂后，卵裂球突然挤在一起，卵裂球之间的接触面增大，形成一个紧密的细胞球体。细胞表面致密化的机制：紧密化（campaction）为哺乳动物发育中第一次分化（滋养层与内细胞团的分离）的外部条件。相邻细胞表面之间的相互作用是导致胚胎压缩的原因。有些专一性的细胞表面分子在胚胎紧密化过程中扮演着重要的角色。其中，在2细胞合成的糖蛋白E-cadherin主要集中于卵裂求相互接触的表面上。内细胞团的形成：内细胞团

10、的产生是哺乳动物早期发育的关键步骤之一。通过对活体胚胎的观察研究，发现这种重要决定作用仅仅依赖于细胞于某一正确时间出现在某一正确的位置。紧密化后位于外层的细胞将形成滋养层细胞，而内部的细胞将发育成胚胎。一个细胞是否成为胚胎或滋养层细胞，完全取决于紧密化作用后细胞所处的位置是位于外周还是内部。胚胎干细胞来源：人类的同卵双生的发生(占出生总数的0.25%)发生在滋胚层形成前(约受精后5天前)的分割，有独立的绒毛膜和羊膜。占同卵双生的33%。发生在滋胚层形成后但羊膜形成前(约受精后59天)的分割，共用绒毛膜，有独立的羊膜。占同卵双生的66%。发生在羊膜形成后(约受精9天后)的分割，共用绒毛膜和羊膜，

11、易出现连体儿。干细胞的概念：干细胞是指那些具有自我更新能力，在一定的条件下又能产生各种高度分化的子代细胞的增殖性细胞。目前公认的干细胞所应具备的几点主要的细胞生物学特点：全能性无限(wxin)增殖性胚胎干细胞具有(jyu)种系传递的功能胚胎干细胞易于进行基因改造(gizo)操作胚胎细干胞保留了正常二倍体的性质且核型正常胚胎干细胞来源：1体内体外发育的早期胚胎：它是建立ES细胞系的主要途径，绝大多数的ES细胞系都是通过该途径建立的。2、通过体细胞核移植建立ES细胞系。3、利用孤雌胚胎建立ES细胞：分离孤雌囊胚ICM可建立ES细胞系。4、原始生殖细胞克隆转化而来的胚胎干细胞。5、其他来源：羊水细胞

12、、上胚层细胞、性腺？高度的分化潜能三胚层的分化潜能：体外分化实验、体内分化实验即畸胎瘤实验、定向分化实验 、嵌合体实验（1）体内分化潜能。将ES细胞注射于同源动物或SCID小鼠则形成复杂的混合组织瘤。取瘤作组织切片观察，一般可见到三个胚层的不同组织细胞。（2）体外分化潜能。ES细胞在悬浮培养或在视黄酸等分化诱导剂或聚集堆叠培养时，会自发分化，形成神经、血液细胞、软骨、心肌、上皮细胞等组织细胞类型，部分形成类胚体（含有三个胚层的不同细胞）。（3）嵌合体试验。嵌合体试验是验证ES细胞全能性的最稳定实验，即ES细胞与正常胚胎嵌合，如能产生包括生殖系在内的各个组织器官且能产生功能性配子的嵌合体（种系嵌

13、合体）个体，即可证实的确分离到具发育全能性的ES细胞系。（4）核移植。用ES细胞作核供体进行核移植可获得克隆后代，Wakaynma等（1999）自小鼠ES细胞核移植得到克隆小鼠150。Campell(1996)和trelchenko(1998)等分别得到类ES细胞核移植绵羊、牛。骨髓间充质干细胞(bone marrow-derive Mesenchymal stem cells， 骨髓MSCs) ，因其比较容易贴壁和形成成纤维样的克隆,因此有的文献也把MSCs称做成纤维细胞集落形成单位(Colony forming unit fibroblast,CFU-F)。又由于它们来自骨髓的支持结构,并

14、作为滋养层支持造血(zo xu)干细胞的生长,因此也有人称其为骨髓基质干细胞(Bone marrow stromal cells, BMSCs)。iPS细胞(xbo)(诱导式多能干细胞 inducedpluripotentstemcell )：是指体细胞经过基因(jyn)重编程，回归到胚胎干细胞的状态，从而具有类似胚胎干细胞的分化能力。iPS技术(jsh)的价值所在：突破一：实现了人类成熟体细胞的重编程为类似(li s)胚胎干细胞的多能干细胞；突破二：开辟了人类干细胞(xbo)来源的新途径（人类之前的ES细胞研究，都需要人类卵细胞作为来源。来源有限）；突破三：成功绕开了卵细胞以及胚胎操作这些有

15、关伦理的障碍（人类之前的ES细胞研究，要破坏胚胎。受伦理谴责。）；突破四：采用基因工程的手段来研究细胞工程，提供了一种新的思路和方法，也是研究发育生物学、疾病发生发展机制、基因与蛋白质功能分析等的十分重要的实用模型。缺陷：1、效率低下：5K到10K个细胞才能有一个iPS细胞系；2、载体的安全性：采用了稳定转化的病毒载体，病毒载体本身的序列都有可能致瘤；3、候选基因的安全性：c-myc是一种转录因子，也是一种可使细胞无限增殖，获永生化功能，促进细胞分裂的基因，与多种肿瘤发生发展有关；4、候选基因的范围：各自的4个候选基因有两个重复，可见还可进一步缩小范围；5、重编程的分子机制：尚不清楚；6、不同

16、基因诱导获得的iPS，再生出特定组织能力也有所不同。细胞核移植（nuclear transfer）是指将早期胚胎细胞、胎儿细胞或成体动物的细胞核移植到去核的卵母细胞中，重新组成重构胚（reconstructed embryo）或克隆胚（cloned embryo）并使之发育成成体动物的过程。核供体：胚胎细胞、胎儿细胞、体细胞（somatic cell）核受体：早期胚胎细胞、受精卵、MII期卵母细胞克隆效率低下(dxi)的原因：供核基因组完全没有(mi yu)进行重编程重构胚很快死亡；（2）部分(b fen)重编程,重构胚在不同的发育阶段死亡 ； （3）完全重编程,产生正常的克隆动物。体细胞核移

17、植技术(somatic cell nuclear transplantation)是指，将分化程度较高的体细胞移植入去核的卵母细胞中构建新合子的生物技术。转基因动物 transgenic animal概念 :指用人工方法将外源基因导入或整合到基因组内，并能稳定传代的一类动物。特点：分子及细胞水平的操作，组织和整体水平的表达。目的：培育新种，获取人类所需的生物产品，或进行基因功能的研究。外源基因的导入方法：1）显微注射法-微注射法（microinjection）：它是创造转基因动物的有效途径。2）逆转录病毒介导法：3）胚胎干细胞法生产转基因动物的流程图4）精子载体法生殖细胞（germ cell）

18、又称配子（gamete），包括(boku)精子和卵细胞，均为单倍体细胞，如人类有23条染色钵，其中一条是性染色体。生殖质（germ plasm）：在有些动物的卵母细胞中已经有生殖质的存在，具有(jyu)生殖质的细胞将分化为原生殖细胞PGCs。生殖质由蛋白质和RNA组成，定位于卵质的特殊区域，具有生殖质的细胞将分化成为原生殖细胞。1. 上一代(y di)留给卵子的”嫁妆”，2. 是新一代生殖细胞的发源处，3. 是维持种系延续的基地。4. 决定胚胎细胞分化成生殖细胞的细胞质成分线虫的P颗粒：线虫的生殖质通常被称为P颗粒，对它的分配是通过一种不对称分裂实现的，这种分裂方式把它只分配到生殖细胞中，而不

19、分配到注定要成为体细胞的姊妹细胞中。受精卵的第一次分裂产生一个含P颗粒的种系细胞P1和一个体细胞AB。pie-1基因参与P分裂球干细胞特性的维持PIE-1蛋白只在生殖细胞谱系的分裂球中出现，但 PIE-1蛋白并非P颗粒的成分。PIE-1蛋白抑制P分裂球中合子基因的转录，这种转录的抑制作用会保护生殖细胞免受促进体细胞发育的那些转录因子的影响。X染色体失活：哺乳动物两性个体拥有的X 染色体数目不等,为保持两性个体的剂量平衡, 在胚胎发生早期雌性两条X染色体中的一条发生一系列表观遗传修饰事件形成无活性的异染色质并在随后的细胞增殖分化过程得以维持和传递, 这一现象被称为哺乳动物的X 染色体失活( X

20、chromosom inactivation, XCI)。原肠作用（gastrulation）:是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。原肠形成期间，囊胚细胞彼此之间的位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。原肠胚(gastrula): 原肠作用期的胚胎。原肠作用(zuyng)中的主要细胞迁移：外包(epiboly)内陷(ni xin)(invagination)内卷(involution)内移(ingression)分层(delamination)集中(jzhng)延伸(convergent extension)概念内细胞群：上胚层

21、、下胚层、羊膜腔、卵黄囊。滋养层：合体滋养层、细胞滋养层、胚外中胚层、胚外体腔、体蒂、初级干绒毛与绒毛膜板。羊膜腔：上胚层与滋养层之间的腔隙。卵黄囊（初级）：下胚层及其来源内贴于胚泡腔之细胞围成之腔。上胚层：下胚层：合体滋养层：在植入的过程中，与内膜接触的滋养层细胞迅速增殖，滋养层增厚，并分化为内外两层。外层细胞互相融合，细胞间界限消失，称合体滋养层（syncytiotrophoblast)。细胞滋养层：内层细胞界限清楚，由单层立方细胞组成，称为细胞滋养层（cytotrophoblast)。变态（metamorphosis)：很多动物均经历一个幼虫期，幼虫具有与成体非常不同的特点，其形态和构造

22、经历明显的阶段性变化，其中有一些器官退化消失，有些得到改造，有些是新生出来的，从而结束幼虫期，建成成体的结构。这种现象统称为变态。如毛虫变为成年蝴蝶、蝌蚪变为青蛙。蜕皮(molting):在节肢动物中，幼虫期及成年前体积的增加伴随角质的退化脱落(tulu)，而形态结构未发生大的改变，称为蜕皮。原变态：少数低等的昆虫类，如跳虫和双尾虫等的幼体虽经历多次蜕皮，但不具(b j)明显的幼虫期而是直接发育成成虫。半变态：不经过蛹期的变态形式，故又称为简单(jindn)变态或不完全变态。直翅类和半翅类，如蝗虫和臭虫等；若虫，稚虫。蜕皮激素:由前胸腺分泌,负责幼虫新壳的泌成和硬化、蛹化、蛹壳的形成以及蜕皮相

23、关的生长和分化等。基因组印记（Genomic imprinting），又称为遗传印记（Genetic imprinting），是近年来发现的一种不遵从孟德尔定律的依靠单亲传递某些遗传学性状的现象，是指在配子或合子发生期间，来自亲本的等位基因或染色体在发育过程中产生专一性的加工修饰，导致后代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达活性，具有这种现象的基因称为印记基因（imprinted gene）。印记基因中只表达父方、母方关闭的基因称为母源印记基因，如Igf2( insulin-like growth factor 2)；只表达母方、父方关闭的基因称为父源印记基因，如H19。印记基因已成为表观遗传理论的重要组成部分。印记基因的特征1. 每一个