第一篇發育生物學基本原理第一篇發育生物學基本原理1第一章細胞命運的決定多細胞生物是由多種類型的分化細胞組成的，發育的過程同時也是不斷進行細胞分化的過程細胞分化：細胞表型多樣化和功能多樣化產生的過程細胞命運：指正常發育情況下細胞將發育的方向，這種方向可因條件的改變而改變第一章細胞命運的決定多細胞生物是由多種類型的分化細胞組成2細胞定型與分化細胞定型（cellcommitment）----細胞在表現出明顯的形態和功能變化之前，將發生一些隱蔽的變化，使細胞命運朝特定方向發展的過程（一）、定型的兩個時相1、特化（specification）----當一個細胞或組織放在中性環境(如培養皿中培養)可以自主分化時，那么這個細胞或組織被認為是命運已經特化了。此類細胞發育命運是可變的2、決定（determination）----當一個細胞或組織放在胚胎另一個部位可以自主分化時，那么這個細胞或組織被認為是命運已經決定了。此類細胞的發育命運是不可逆的細胞命運決定？細胞特性發生了不可逆的改變，發育潛力已經單一化。（一）、定型的兩個時相細胞命運決定？細胞特性發生了不可逆的改3第一章--細胞命運的決定課件4（二）、定型的兩種方式1、自主特化（autonomousspecification）------細胞發育命運完全由內部細胞質組分決定的細胞定型方式。通過胞質隔離實現胞質隔離cytoplasmicsegregation

-----受精卵內特定的細胞質，隨著卵裂被分配到特定的裂球中，這些特殊細胞質將決定裂球的發育命運，與鄰近細胞無關。鑲嵌型發育（mosaicdevelopment），自主型發育-------以自主特化為特點的胚胎發育模式（櫛水母、環節動物、線蟲、軟體動物、海鞘）（二）、定型的兩種方式52、漸進特化（依賴型特化dependentspecification）------細胞的定型分化依賴于周圍的細胞或組織。同一種細胞可能因在不同的細胞或組織環境中，命運不同；通過胚胎誘導實現胚胎誘導Embryonicinduction

-----胚胎發育中，一部分細胞或組織對其鄰近的另一部分細胞或組織產生影響，并決定其分化方向（命運）的作用調整型發育（regulativedevelopment）

----以細胞依賴型特化為特點的胚胎發育模式（海膽、兩棲類、魚類等）2、漸進特化（依賴型特化dependentspecific6細胞定型方式及其特點

自主特化依賴型特化1、多數無脊椎動物具有所有脊椎動物及少數無脊椎動物2、細胞命運由其所獲得的卵內細胞命運由細胞之間相互作用決特定的細胞質組分決定定，細胞的相對位置頗為重要3、卵裂方式不可改變卵裂方式可以改變4、裂球發育命運一般不可改變裂球的命運可改變5、細胞特化發生在胚胎細胞大量的細胞重排和遷移發生在大量遷移之前細胞特化之前或與細胞特化相伴6、產生“鑲嵌型”發育產生“調整型”發育注：一般兩種細胞定型同時存在于胚胎發育中，但不同動物兩種方式發揮作用的程度不同細胞定型方式及其特點7一、形態發生決定子Morphogeneticdeterminant----胚胎細胞中存在的決定細胞發育命運的物質。又稱成形素（morphogen）或胞質決定子（cytoplasmicdeterminant）

大量研究證明，不論是以鑲嵌型發育為主還是以調整型發育為主,形態發生決定子廣泛存在于各種動物的卵子細胞質中胞質定域Cytoplasmiclocalization：形態發生決定子在卵細胞質中呈一定形式分布，受精時發生運動，被分割到一定區域，進而進入不同的分裂球中決定分裂球發育命運的現象。第一節細胞命運通過形態發生決定子自主特化一、形態發生決定子Morphogeneticdetermi81、黃色新月與海鞘肌肉形成Chabry1887，將海鞘分裂球分離后培養：海鞘每個裂球都可以自主發育，海鞘胚胎好像是由能自我分化的各部分相加構成的鑲嵌體。海鞘裂球的發育命運在8細胞期已決定，分離后能夠自我分化。但神經系統的發育需分裂球之間的相互誘導。黃色新月含有調節肌肉細胞特異基因表達的卵質決定子

1、黃色新月與海鞘肌肉形成黃色新月含有調節肌肉細胞特異基因表92、極葉與軟體動物中胚層形成極葉----卵裂時細胞質向植物極遷移集中而成的細胞質突起。環節、軟體動物在卵裂早期均有極葉產生極葉→與中胚層形成（肌肉和殼腺）密切相關。3葉期切除極葉，剩余部分正常發育，但缺失中胚層結構。如果吸除極葉區胞質，胚胎發育正常；將極葉胞質吸取并注射到B細胞中，未見B細胞產生中胚層結構。推測：形態發生決定子可能位于該區域皮質部的胞質或細胞骨架上2、極葉與軟體動物中胚層形成3葉期切除極葉，剩余部分正常發育10帽貝纖毛細胞預定成纖毛細胞16細胞纖毛幼蟲動物極觀48細胞分離的裂球中已經含有決定自身發育命運、分裂節奏和卵裂模式的細胞質帽貝纖毛細胞預定成纖毛細胞16細胞纖毛幼蟲動物極觀48細胞分113、生殖質與生殖細胞生殖質（極質，P顆粒）：含有生殖細胞決定子的細胞質，

獲得生殖質的卵裂球將形成原生殖細胞

（1）線蟲：副蛔蟲

Parascarisaequorum

染色體消減（chromosomediminution）----卵裂時，染色體不同程度丟失在細胞質中的現象染色質消減者—體細胞；染色質不消減者—原生殖細胞正常離心改變第1次裂面位置植物極處含有抑制染色體消減的細胞質3、生殖質與生殖細胞正常離心改變第1次裂面位置植物極處含有抑12秀麗隱桿線蟲Caenorhabditiselegans——

胚胎細胞命運主要由卵內細胞質決定，而非鄰近細胞間相互作用決定SKN-1PIE-1秀麗隱桿線蟲CaenorhabditiselegansS134、櫛水母細胞質定域的重新排列有些細胞質定域并不是預先存在于合子中，而是在卵裂中重新確立櫛水母（ctenophores）鞭毛上面有櫛板和發光細胞櫛板（E）、發光細胞（M），決定發生在8細胞以后，即：8細胞之前兩種決定子在細胞中同時存在，8細胞之后分離到不同細胞4、櫛水母細胞質定域的重新排列櫛板（E）、發光細胞（M14二、形態發生決定子的性質某些特異性蛋白質和/或mRNA等生物大分子物質，他們可以激活或抑制某些基因表達，從而決定細胞分化方向（一）、海鞘形態發生決定子（兩類）1、可以激活基因轉錄的物質（蛋白因子）玻璃海鞘（Ciona）放線菌素D（轉錄抑制劑）可以造成培養中的海鞘胚胎不形成AchE，說明該酶基因未被激活；進一步注射海鞘不同發育階段胚胎的mRNA到蛙卵中，可以產生AchE。海鞘胚胎中多數組織特異性結構的形成都對轉錄抑制劑敏感2、可能是以mRNA的形式存在于卵內一定區域堿性磷酸酶是海鞘內胚層特異性酶，放線菌素D不起作用，但用嘌呤霉素（蛋白質抑制劑）處理，則ALPase產生受阻，說明形成該酶的mRNA已存在于卵質中，在卵裂時被分配到內胚層細胞中。二、形態發生決定子的性質某些特異性蛋白質和/或mRNA等生物15（二）、果蠅極質（生殖細胞決定子，生殖質）由蛋白質和RNA組成1、gclmRNA

gclmRNA由卵巢中的營養細胞轉運至卵子，并最終定位于卵子后端的極質中，其翻譯的蛋白質進入核中構成極細胞中不可缺少的組分。如果缺少，則無生殖細胞產生2、NANOS蛋白

NanosmRNA位于卵子的后端，如卵中缺少它翻譯的NANOS蛋白，極細胞不能遷移到生殖嵴中，從而不能形成生殖細胞（二）、果蠅極質（生殖細胞決定子，生殖質）1、gclmRN163、oskarmRNA調控極質的形成和裝配

oskarmRNA含量的多少決定極細胞數量;

oskarmRNA決定極細胞的生成位置，在OskarmRNA所處的

位置產生

4、數個母源效應基因（maternal-effectgene)與之有關

3、oskarmRNA調控極質的形成和裝配

17第二節細胞命運通過相互作用漸進特化自主特化中的每個細胞命運由其“祖先”決定，即不同細胞內含有不同的形態發生決定子，它們決定細胞的命運，構成鑲嵌型發育類型。如多數無脊椎動物發育依賴性特化中的每個細胞命運取決于它遇到哪些細胞，每個細胞開始都有相似的潛能，構成調整型發育，細胞命運由胚胎細胞的相互作用決定。如多數脊椎動物第二節細胞命運通過相互作用漸進特化自主特化中的每個細胞命18一、種質學說細胞分化的種質學說：染色體是由各種決定細胞發育命運的核決定子組成，受精卵在分裂時，每個裂球內都分配有相同數目的染色體，但是組成染色體的核決定子并不均等分配到每個裂球中，由此決定細胞不同的發育命運；決定子生殖細胞含有全部的核決定子，它具有連續性和永生性的特點1、Wismann細胞分化的種質學說（germplasmtheary）一、種質學說細胞分化的種質學說：染色體是由各種決定細胞發育命192、WilhelmRoux:鑲嵌型發育實驗：實驗結果與Wismann種質學說吻合。認為：蛙胚是由能自我分化的各部分組合在一起形成的鑲嵌體，每個細胞接受特定的核決定子，由此分化為相應的組織細胞貢獻：提出鑲嵌型發育的理論McClendon實驗表明，不存在核決定子不均等分配的現象2、WilhelmRoux:鑲嵌型發育McClendon20二、HansDriesh：海膽的調整型發育實驗1：劇烈震蕩分離海膽早期胚胎（2、4細胞）；改變卵裂過程（第三次卵裂時），均可產生正常的胚胎；與Weismann和Roux有關細胞分化是核決定子不均等分離引起的假說不一致；意義：海膽胚胎是一個和諧等能系統，它能把獨立自主發育成完整胚胎的各部分組織在一起協調作用發育成單個完整的有機體二、HansDriesh：海膽的調整型發育21SevenH?rstadius：雙梯度模型

（動、植物極化梯度平衡）實驗2(1928-1935)：卵子早期胚胎沿赤道切開時，動物極一半發育成永久囊胚，植物極一半發育成據膨大消化管的不正常幼蟲推論：海膽胚胎不是由完全等能的細胞組成的集合體；海膽胚胎在一定程度上呈鑲嵌性發育（至少沿動物極軸如此）SevenH?rstadius：雙梯度模型卵子早期胚胎沿赤22實驗3：海膽64細胞：an1,an2,veg1→外胚層；veg2→內胚層；小分裂球→中胚層結論：植物極細胞具有抑制動物極化的能力。抑制動物極化的作用稱為植物極化；小分裂球比veg2、veg2比veg1具有更強的抑制動物極化的能力；海膽胚胎中植物極化的能力從植物極到動物極遞減實驗3：海膽64細胞：結論：23實驗4：海膽32細胞時：單獨培養每一層細胞，an1、an2、veg1→永久囊胚；veg2→出現植物極化

將每層細胞分別于1，2，4個小分裂球組合培養；

an1+4個小分裂球→正常幼蟲；an2+2個小分裂球→正常幼蟲；an2+4個小分裂球→幼蟲具膨大的消化管veg1+1個小分裂球→幼蟲消化管異常膨大結論：海膽胚胎中還存在一個動物極化梯度（沿動物極到植物極遞減）總結：1、海膽胚胎存在植物極化和動物極化兩個對立的梯度；其正常發育依賴于兩個梯度的平衡；某些蛋白抑制劑（重金屬、NaSCN和伊萬斯藍）可減弱植物極化因子的作用，而某些呼吸抑制劑（CO、KCN、NaN3、Li+）可減弱動物極化因子的作用。2、裂球的預期命運只要還未決定，都是可以調整的。裂球的發育命運一旦由于動物極細胞質和植物極細胞質彼此分裂而決定下來，便失去調整能力。即使在調整型發育的胚胎中，總會從某一時期開始，胚胎細胞的發育潛能逐漸受到限制。3、海膽胚胎在32細胞以后，多數裂球不能再形成完整胚胎實驗4：海膽32細胞時：24三、兩棲類發育調控（一）、胚胎細胞的漸進決定HansSpemann和她的學生的重要實驗結扎分離實驗（沿動植物極軸并且和第一次卵裂面平行）：結論：兩棲類早期胚胎細胞核具有遺傳等同性，每個細胞核都能產生完整的有機體推測：灰色新月區域物質的重要性在于，此區含有背唇，它具發動原腸作用的能力；胚胎發育的關鍵性變化就發生在原腸作用過程中，遷移到一定位置的細胞的相互作用結扎面是否經過灰色新月中央結扎核遷移有尾兩棲類無尾兩棲類三、兩棲類發育調控（一）、胚胎細胞的漸進決定結扎面是否經過灰25蠑螈原腸作用時外胚層的決定移植實驗：蠑螈原腸胚早期和晚期細胞分別互換結論：蠑螈早期原腸胚細胞發育的預期潛