1、1,第一篇 發育生物學基本原理,第一章 細胞命運的決定 第二章 細胞分化的機制 第三章 轉錄后的調控 第四章 發育中的信號傳導,2,第一章 細胞命運的的決定,動物機體是由分化細胞組成的。 分化細胞不僅形態多樣，而且功能各異。 表1.1 部分已分化細胞的類型、特征產物及功能,3,4,第一節 細胞定型和分化,細胞分化： 從單個全能的細胞（受精卵）產生各種類型分化細胞的發育過程。 已分化細胞不僅具有一定形態和合成的特異性產物，而且行使特定的功能。 。,5,細胞定型： 細胞在分化之前，將發生一些隱蔽的變化，使細胞朝特定方向發展的過程。 定型細胞與未定型細胞的表型相近，但前者發育命運限制 定型分為特化和

2、決定兩個時相,6,特化： 當細胞或組織放在中性環境如培養皿中可以自主分化時，該細胞或組織已經特化。 已特化的細胞或組織的命運是可逆的。 決定：當一個細胞或者組織放在胚胎另一部位可以自主分化時，該細胞或組織已經決定。 已決定的細胞或組織的發育命運是不可逆的。 在細胞發育過程中，定型和分化是兩個相互關聯的過程。在早期發育過程中，某一組織或器官原基必須首先定型，然后才能向預定方向發育。,7,細胞定型有兩種方式：自主特化 和 有條件特化 （1）自主特化：細胞命運完全由內部細胞質決定。 通過胞質隔離實現：卵裂時，受精卵內特定的細胞質分離到特定的卵裂球中，卵裂球中所含的特定細胞質決定它發育成哪一類細胞，而

3、與鄰近細胞無關。 鑲嵌型發育：以細胞自主特化為特點的胚胎發育模式。,8,9,（2）有條件特化（漸進特化、依賴型特化）：細胞的發育命運完全取決與其相鄰的細胞或組織。 通過胚胎誘導實現：胚胎發育過程中，相鄰細胞或組織之間通過相互作用，決定其中一方或雙方細胞的分化方向。相互作用之前， 細胞具有多種分化潛能，但和鄰近細胞或組織相互作用后逐漸限制了它們的發育命運，使之朝某一特定方向分化。 調整型發育：以細胞有條件特化為特點的胚胎發育模式。,10,事實上，任何動物的胚胎發育過程，兩種細胞定型方式在一定程度上發生作用。 一般來說，無脊椎動物胚胎發育過程中，細胞自主特化為主， 細胞有條件特化次之；而在脊椎動物

4、胚胎發育過程中，細胞有條件特化為主，細胞自主特化次之。,11,第一節 細胞發育通過形態發生決定子自主特化,一、形態發生決定子 形態發生決定子(成形素、胞質決定子）：細胞質中含有的決定細胞分化的特定物質。,12,例1 水蛭 卵裂、囊胚期細胞數目相對少，可以根據大小、形狀和位置將卵裂球區分，追蹤卵裂球的來源及其發育命運。（細胞系譜） 中胚層成肌肉胚帶 肌肉 中胚層干細胞 成神經細胞的神經胚帶 腹神經索 分化組織是早期由某一特定卵裂球發育而來，在以特定的卵裂方式產生卵球的過程中，特定的細胞質不均等分配。,13,例2：海鞘 圖1-1 受精時細胞質決定子的隔離 透明動物極 表皮 灰色新月區 脊索 神經管

5、 黃色新月區 肌肉 灰色卵黃區 消化管 卵裂過程中，不同細胞質被分配到不同裂球中，從而決定裂球的命運 。,14,圖1-2 海鞘胚胎的鑲嵌決定作用,8細胞期4對裂球分開后，每對裂球都形成獨特的結構,（1）每對卵裂球的發育命運不同：B4.1 發育形成內胚層、間質和肌肉組織 （2）胚胎中神經組織是從動物極前面一對裂球（a4.2）和植物極前面一對裂球（A4.1）產生；單獨培養時，它們都不能形成神經組織。,在海鞘這樣嚴格的鑲嵌型發育胚胎中，也存在裂球 之間相互作用決定細胞發育命運的漸進決定作用。,15,圖1-3 擠壓實驗 B4.1 肌肉 b4.2 無肌肉 將B4.1黃色新月區胞質擠壓入b4.2， b4.

6、2 產生肌肉 細胞質存在某些形態發生決定子，能夠決定細胞朝一個方向分化，形成一定的組織結構。,16,海鞘屬于典型的鑲嵌型發育胚胎。其他還有：櫛水母、環節動物、線蟲、軟體動物。在這些典型的鑲嵌型發育的動物卵子細胞質中，都存在形態發生決定子。 另一方面，海膽、兩棲類和魚類等動物的胚胎屬于典型的調整型發育胚胎。同樣，也存在著形態決定子。,17,二、胞質定域,形態發生子在卵細胞質中呈一定形式分布，受精后發生運動，被分隔到一定區域，并在卵裂時分配到特定的卵裂球中，決定裂球的發育命運。這一現象稱為胞質定域，或胞質隔離、胞質區域化、胞質重排。,18,海鞘形態發生決定子的運動,圖15 海鞘肌肉、內胚層、表皮三

7、種組織胞質決定子的運動比較 （圖為卵子表面觀）,海鞘卵子受精時，卵質運動，產生獨特的胞質區域； 不同的胞質區域含有不同的形態決定子，并在卵裂時分配到不同的卵裂球中。,19,三、形態發生子的性質,（1）激活某些基因轉錄的物質 （2）某些m RNA,20,第二節 細胞命運通過相互作用的漸進特化,在海膽和脊椎動物等后口動物中，細胞發育命運主要取決于它在胚胎中所處的位置，而不是取決于它在卵裂時獲得哪一塊細胞質。,胚胎一部分細胞可以對鄰近另一部分細胞施加影響，并決定其分化方向，這種作用稱為胚胎誘導。,21,一、經典的胚胎學實驗,1. Roux 缺損實驗 ( 蛙 ),鑲嵌型發育 缺損實驗 奠定實驗胚胎學,

8、22,2. Driesch分離組合實驗(海膽),Wilhelm Roux的同事Hans Driesch的下述實驗表明，胚胎具有在局部被排除或受損傷后仍正常發育的能力，即胚胎發育是可調節的。（調整型發育）,23,3. Horstadius 分離實驗(海膽),8-細胞( 圖1.15) 受精卵(圖1.16) 既鑲嵌型發育, 又調整型發育,24,4. 雙梯度模型,植物極化梯度 (圖1.17) 動物極化梯度(圖1.18) 雙梯度模型(圖1.19),25,本章小結: 細胞分化 細胞定型及其時相（特化、決定） 細胞定型的兩種方式與其特點（自主特化、有條件特化） 胚胎發育的兩種方式與其特點（鑲嵌型發育、依賴型

9、發育） 形態決定子 胞質定域（海膽） 形態決定子的性質 細胞命運漸進特化的系列實驗 雙梯度模型,26,第二章 細胞分化的分子機制,個體發育的中心問題是細胞分化。 細胞表型：細胞特定基因型在一定的環境條件下的表現。 從表型特征上，將可細胞分為3種類型： 全能細胞：能夠產生有機體所有細胞表型，或者一個完整的有機體。全套基因信息都可以表達。 多潛能細胞：發育潛能受到一定的限定，僅能分化形成特定范圍內的細胞。部分限制、部分表達。 分化細胞：由多潛能細胞通過一系列分裂和分化發育成的特殊細胞表型。大部分限制、 5-10%的信息表達。,27,細胞分化是基因差異性表達的結果；由于基因差異性表達，不同細胞具有了不同的轉錄組和蛋白質組。 引起差異基因表達來源于： 細胞內卵質差異 細胞外鄰近細胞的相互作用。 差異基因表達的調控機制： 差異基因轉錄 核RNA的選擇性加工 mRNA的選擇性翻譯 差別蛋白質的加工,28,第四章 發育中的信號傳導,多細胞動物的胚胎發育是一個復雜又高度協調的過程。 信號傳導是細胞間通訊的主要形式，即由信號細胞產生信號分子，誘導靶細胞發生某種反應；靶細胞通常通過特異性受體識別細胞外信號分子，并把細胞外信號轉變為細胞內信號，引起細胞反應的這一過程稱為信號傳導。,29,參與早期