模式生物和技术方法

发育生物学DevelopmentalBiology模式生物和技术方法一、发育的主要特征和基本规律二、模式生物的研究概况三、常见的发育生物学研究方法第二节动物发育的主要特征和基本规律

一、发育的主要特征在遗传程序控制下，发育具有严格的时间次序性和空间次序性。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。在发育的过程中涉及多种生命现象，如细胞分裂、细胞分化、细胞迁移、细胞凋亡、生长、衰老和死亡等。二、发育的细胞共性事件动植物的发育从细胞水平，共性事件主要包括有：(1)细胞分裂：满足了细胞的快速增殖和发育进程；(2)细胞分化：为机体细胞的多样性提供了保证；(3)模式形成：使细胞分化按一定的时、空顺序发生，确立了机体的统一性；(4)细胞迁移：为器官发生提供了细胞来源；(5)细胞凋亡：抑制癌变细胞或受损细胞的增殖并及时清除。(1).Celldivision:Cleavage:细胞分裂快、没有细胞生长的间歇期，因而新生细胞的体积比母细胞小。(2)细胞分化细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程。每个人的一生中都在进行着细胞分化。全能性：一个细胞可分化为机体的所有细胞，如受精卵、植物细胞。成熟动物细胞不具备全能性。60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖，90年代末多利羊的诞生都证明了分化细胞具有完整的DNA。细胞分化－胚胎干细胞胚胎干细胞鼠的受精卵细胞经卵裂4天半，形成囊胚，将此时的内细胞团分离培养在饲喂细胞上。细胞分化－成体干细胞细胞分化的机理（一）细胞分裂的不对称性（二）细胞间的相互作用细胞分化的机理（一）细胞分裂的不对称性体细胞与生殖细胞的分化核对质的决定作用（二）细胞之间的相互作用1、胚胎诱导2、分化抑制3、细胞数量效应1、胚胎诱导(embryonicinduction)

：胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。诱导者(inductor)

：对其它细胞起诱导作用的细胞：（二）细胞间的相互作用典型诱导作用：脊索诱导神经管的形成；视泡诱导晶状体的形成；两者共同诱导角膜的形成。诱导信号的相互作用可改变发育命运胚胎发育早期，细胞的发育潜力更大！诱导信号的相互作用可改变发育命运。诱导信号实质是一些具有独特功能的蛋白因子。Fateofcells:指正常发育情况下细胞将发育的方向，这种方向可因条件的改变而改变。Determination:指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单一化。Specification:指一组细胞在中性环境下离体培养，它们仍按其正常命运图谱发育。发育是渐进式的、细胞命运决定于不同的发育时间2、分化抑制分化成熟的细胞可以产生抑素，抑制相邻细胞发生同样的分化。如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。分化抑制：分化成熟的细胞可以产生抑素，抑制相邻细胞发生同样的分化。3、细胞数量效应小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织，如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。推测可能是细胞数量不足，导致自分泌或旁分泌信号不足，使增殖和分化受到抑制。（3）.图式形成（patternformation）：胚胎细胞形成不同组织、器官和构成有序空间结构的过程。如胚轴形成、三胚层形成、体节形成、肢芽和器官原基形成等事件。

躯体轴线的制定形态发生素(morphogen)假说：细胞如何得知已经迁至适当位置并应该开始参与形成不同的组织和器官?有人提出形态发生素假说来解释处于胚胎不同部位的细胞在发育过程的形态建成行为：形态发生素在胚胎的特定部位合成和分泌，然后扩散到周围组织，形成一种浓度递减的梯度。细胞通过适当的受体“感知”自身部位的形态发生素的浓度，细胞就可以估测自己离形态发生素产生源有多远，并决定分化的方向。实际上，形态发生素假说强调的就是位置信息对形态建成的影响。科学家通过对鸡的肢芽（limbbuds）发育的研究，肯定了位置信息在形态建成中的作用。（4）细胞迁移

鸡胚胎的腿和翅开始是由一小团中胚层发育形成肢芽，肢芽早期为舌形突起,内部为中胚层来源的间叶组织,表面覆盖着外胚层表皮。当肢芽逐渐长长时，肢芽就会发育成适当的骨组织，并在肢芽的末端形成指。指导肢芽形成的位置信息是由中胚层组织的一小块区域发出的，该区域称为极性激活带(zoneofpolarizingactivity,ZAP),它位于肢芽的后端附近。如果将此处的组织移植到另一个肢芽的前端，其结果会发育成正常个体的两倍数量的指（图E13-2），这就是位置信息对发育的影响。

图E13-2在鸡胚翅形成过程中后中胚层位置信息的的作三、发育的基本过程配子形成受精作用卵裂：具有细胞分裂期而没有细胞生长期。原肠胚期：细胞运动，细胞之间的位置发生改变。神经胚形成阶段：形成脑和脊髓的原基－神经管。胚轴主要指从胚胎前端到后端之间的前－后轴和背侧到腹侧之间的背－腹轴。器官发生。变态和成熟

发育生物学研究中的主要模式动物

各种模式动物各有优点，其研究成果不仅可以揭示特定物种的特点，还有助于动物发育的一些普遍规律和机制。

(一)InvertebrateModels美国著名遗传学家摩尔根创立的遗传的染色体理论Drosophilamelanogaster:

Insectmodel果蝇与辐射遗传学的诞生果蝇Hox基因的研究发现导致了分子发育生物学新的热潮

主要优点

1.体积小(0.6cm)，易于繁殖(30代）；

2.产卵力强；

3.性成熟短(10d)；

4.易于遗传操作：

如诱变；

5.基因组序列已全

部测出(Science,

Mar.24,2000)。(120Mbencodes13,601proteins)1.Drosophilamelanogaster:InsectmodelSydneyBrennerJohnSulstonRobertHorvitz2、Caenorhabditiselegans:Wormmodel

主要优点

1.易于养殖：成虫

体长1mm，易冷

冻保存；

2.性成熟短：2.5-3

天，两种成虫；

3.细胞数量少，谱

系清楚；

4.易于诱变；

5.基因组序列已全部测出(Science,Dec.11,1998)。(97MBencodes19,099proteins.)RNAinducedsilencingcomplex

中国在重要科学领域缺席反映的科技体制和文化问题

———诺贝尔奖引发的思考

中国科技文化中的非科学因素(二)、VertebrateModels

1.Xenopuslaevis:Amphibianmodel

主要优点

1.性成熟短；

2.卵体大，易于操作；

3.抗感染力强，易于组织移植；

1.XenopuslaevisandXenopustropicalis

主要优点

1.体积小，易于饲

养殖；

2.产卵力强；

3.性成熟短；

4.易于遗传操作：

如诱变；

5.体外受精和发育，易于观察；

6.基因组序列已全

部测出。2.Daniorerio(zebrafish)3.Musmusculus(Mouse)urchin4.Gallusgallus(Chicken)鸡基因组图谱的建立

2004年，由中国、英国、瑞典、荷兰、德国和美国科学家组成的联合研究小组，利用从国际基因组计划获得的基因组序列原始数据，通过生物信息学方法，对红原鸡基因组和现代生产鸡种基因组作