发育生物学考研复习笔记.pdf

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1、发育生物学复习笔记 1.细胞分化：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。 2.定型：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。定型分为特化和决定两个时相。 3.特化：当一个细胞或者组织放在中性环境，如培养皿中可以自主分化时，就可以说这个细胞或组织已经特化了。 4.决定：当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，就可以说这个细胞或组织已经决定了。 已特化的细胞或组织的发育命运是可逆的。相比之下，已决定的细胞或组织的发育命运是不可逆的。 5.胞质隔离 ：卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的特定胞质决定它发育成

2、哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。 6.胚胎诱导：胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过相互作用，决定其中一方或双方的分化方向，也就是发育命运。 7.镶嵌型发育：以细胞自主特化（细胞发育方向取决于细胞内特定的细胞质）为特点的胚胎发育模式。 8.调整型发育：以细胞有条件特化（细胞的发育方向取决于它与邻近细胞之间的相互作用）为特点的胚胎发育模式。 9.胞质定域：形态发生决定子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精时发生运动 ，被分隔到一定区域，并在卵裂时分配到特定的裂球中，决定裂球的发育命运。这一现象称为胞质定域。 10.形态发生决定子性质： 1.激活某些基因转录的物质 2.mRNA 11.受

3、精 :是指两性生殖细胞融合并形成具备双亲遗传潜能的新个体的过程。 12.精子获能：哺乳动物的精子需要在雌性生殖道中停留一个特定的时期，以获得对卵子受精的能力，这一过程称为精子获能。 13.顶体反应：顶体反应是指受精前精子在同卵子接触时，精子顶体产生的一系列变化。（顶体反应释放的水解酶溶解和精子结合的卵黄膜或透明带，并在该位置进行精卵细胞膜的融合 。） 14.卵裂：受精卵经过一系列的细胞分裂将体积极大的卵子细胞质分割成许多较小的、有核的细胞，形成一个多细胞生物体的过程称为卵裂。 15.原肠作用：是胚胎细胞通过剧烈的、高速有序的运动，使囊胚细胞的重新组合，形成由外胚层、中胚层和内胚层三个胚层构成的

4、胚胎结构的过程。 16.神经嵴：神经嵴细胞来源于外胚层，从神经管和表皮连接处迁移出来，又被称作第四胚层。迁移身体不同部位，产生各种类型分化细胞，如感觉、神经元及胶质细胞、表皮色素细胞及头部骨骼和结缔组织等。 17.胚胎诱导 :在有机体的发育过程中，一个区域的组织 与另一个区域的组织相互作用，引起后一种组织分化方向上的变化的过程称为胚胎诱导。 18.诱导者 :产生影响并引起另一种细胞或组织分化方向变化的这部分细胞或组织称为诱导者。 19.反应组织 :接受影响并改变分化方向的细胞或组织称反应组织。 20.组织者：能够诱导外胚层形成神经系统，并能和其他组织形成次级胚胎的胚孔背唇称为组织者。 21.初

5、级胚胎诱导：原肠胚的脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经系统这个关键的诱导作用，传统地被称为初级胚胎诱导。 22.次级诱导：一种组织与另一种组织相互作用，特异指定它的命运称为次级诱 导； 23.三级诱导 :次级诱导的产物作为诱导者，指定与之发挥作用组织的命运叫三级诱导。如眼发育过程中：视泡由原肠顶前端诱导前脑向两侧突出而成。视泡诱导其上面的外胚层形成晶状体，晶状体和视泡又诱导其上面的外胚层形成角膜。 24.胚胎细胞形成不同组织、器官，构成有序空间结构的过程称为图式形成。 25.在两栖类囊胚中最靠近背侧的一群植物半球细胞，对组织者具有特殊的诱导能力，称为 Nieuwkoop中心。 26.顶外胚层

6、嵴 (AER)：在鸟类和哺乳类中胚层诱导肢芽顶端前、后边缘的外胚层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构， 称为顶外胚层嵴。 27.干细胞：一类具有自我更新和产生分化后代这两种基本特性的细胞。 28.胚胎干细胞（ ES）：从早期囊胚细胞分离并在体外培养和建系的细胞。 29.胚胎生殖细胞：从胚胎生殖嵴原始生殖细胞分离建系的细胞。 30.成体干细胞：先在成年组织和器官，以后在胎儿组织被证明其存在，随后个别也在体外培养和建系成功的干细胞。 31.两栖类原肠作用总结： 1.边缘区瓶状细胞在准确的时间和位置内陷。 2.边缘区细胞通过胚唇进行内卷形成原肠。 3.内卷的中胚层细胞沿胚孔顶壁内表面迁移。 4.预定脊

7、索中胚层在胚胎背 部集中延伸 5.预定外胚层细胞通过细胞分裂和数层细胞合并为单层细胞而向植物极下包。 一、主要模式动物及其优缺点 1.果蝇：体积小，易于繁殖；产卵力强；性成熟短；易于遗传操作，如诱变；基因组序列已全部测出。 2.线虫：以于养殖；性成熟短；细胞数量少，谱系清楚；易于诱变；基因组序列已全部测出。 3.非洲爪蟾：性成熟短；乱踢打，易于操作；抗感染力强，易于组织移植。 4.斑马鱼：体积小，易于饲养；产卵力强；性成熟短；易于遗传操作，如诱变；体外受精和发育，易于观察；基因组序列已全部测出。 5.小鼠：哺乳动物模型；成熟 的遗传操作技术；基因组序列已全部测出。 6.鸡：繁殖力强；易于手术操

8、作和观察。缺点：转基因困难。 7.拟南芥：繁殖周期短；易于突变筛选；基因组序列已测出。 二、传统的发育生物学研究技术 1.染料细胞标记 ； 2.荧光细胞标记 ； 3.细胞移植 。 三、信号转导 1.RTK GNRP RAS RAF MEK ERK Transcriptionfactor Transcription 2.配体 R JAK STAT 3.TGF配体 R2 R1 Smad 4.Hedgehog ptc Smo Ci 5.Wnt frizzled dsh GSK3 -catenin 6.Notch 四、阻碍多精入卵机制 卵子细胞膜去极化引起的快速的阻碍作用；卵子皮层颗粒的胞吐作用产生的

9、一种较慢的阻碍作用；卵子细胞质降解额外精子的核酸或排出包含有额外精子核酸的细胞质。 精子与卵子相互作用的五个步骤： 1.精子的趋化性 2.精子的顶体反应，释放水解酶。 3.精子与卵子外围的卵黄膜（透明带）结合 4.精子穿过卵外的结构 5.精卵细胞质膜的融合 五、卵裂方式及其特征和代表动物 完全卵裂： 1.辐射式卵裂（海鞘、海胆、蛙） 基本特征： 1）每个卵裂球 的有丝分裂器与卵轴垂直或平行。 2.螺旋式卵裂（蜗牛） 螺旋式的特征： 1）卵裂的方向与卵轴成斜角， 2）细胞之间采用热力学上最稳定的方式堆叠，细胞间接触的面积更大，只经过较少次数的卵裂就开始了原肠形成。 3.两侧对称式卵裂（水螅） 主

10、要特征是： 第一次卵裂平面是胚胎的唯一对称面，它将胚胎划分为左右成镜像对称的两部分。第二次卵裂也是经裂，但不通过卵子的中心。第三次卵裂是纬裂，生成一层动物极卵裂球和一层植物极卵裂球。第四次卵裂是不规则的，第五次卵裂形成一个小的囊胚。 4.旋转式卵裂（哺乳动物） 其特征包括： 1）卵裂速度缓慢； 2）第 1 次为经裂，其后的 2个卵裂球各采用不同的卵裂方式，一个是经裂，一个是纬裂；这种卵裂的方式称为交替旋转对称式卵裂。 3）早期卵裂不同步，并非所有裂球同时卵裂，导致奇数细胞。 4）哺乳动物在早期卵裂过程中，合子基因组就已开始活动，合成卵裂所必需的蛋白质。 不完全卵裂： 1.盘状卵裂（鱼类、鸟类）

11、 细胞分裂仅仅在动物极胚盘中发生。早期卵裂伴随着高度重复的经裂纬裂模式，分裂速度很快。最初的几次分裂同步发生，形成一堆屹立在卵细胞动物极的细胞。 2.表面卵裂（昆虫） 表面卵裂的特征是，直到核 已经分裂，细胞还不能形成。进行多次的有丝分裂，然后细胞核迁移至卵的四周，这时的胚胎称为合胞体层 六、原肠作用六种细胞运动方式： 外包，内陷，内卷，内移，分层，集中延伸。 七、海胆原肠作用 初级间质细胞的内移 ： 植物极板中央来源于小分裂球的细胞不断伸出和收缩线状伪足，脱离表面单层细胞，进入囊胚腔，称为初级间质细胞。初级间质细胞沿囊胚腔内表面运动，主动伸出伪足与囊胚腔壁连接，占据囊胚腔预定腹侧面，融合形成

12、索状合胞体，最终形成幼虫碳酸钙骨针的轴。 早期原肠内陷 ： 初级间质细胞在囊胚腔内迁移的过程中，仍然留在植物极板 上的细胞移动填补由初级间质细胞内移而形成的空隙，植物极板进一步变扁平。之后，植物极板向内弯曲，内陷。当植物极板内陷深及囊胚腔的 1/4 1/2时，内陷突然停止。所陷入的部分称为原肠，而原肠在植物极的开口称为胚孔。 晚期原肠内陷 ： 早期原肠内陷完成之后，经过短暂停歇，原肠大幅度拉长，短粗的原肠变成又细又长的管状结构。在此期间没有新细胞形成，原肠的拉长过程是通过细胞重排实现的，原肠周长内细胞数目大为减少。 原肠顶端形成次级间质细胞，原肠延伸是以次级间质细胞提供的张力为动力的。次级间质

13、细胞伸出线状伪足，直达囊胚腔壁 内表面。与囊胚腔连接，收缩伪足，拉动原肠延伸。 当原肠最顶端接触到囊胚腔壁时，次级间质细胞分散进入囊胚腔。次级间质细胞在囊胚腔中分裂，最终形成中胚层器官。 囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成口，口和原肠最顶端形成一连续相通的消化管。海胆的胚孔最终形成肛门。 八、两栖类原肠作用 灰色新月区的预定内胚层细胞内陷，形成狭缝状胚孔，内陷细胞称为瓶状细胞。瓶状细胞的收缩拉动边缘区细胞向植物极运动，同时将植物极的内胚层细胞推向胚胎的内部。动物半球细胞外包和向胚孔处集中。缘区深层细胞内卷，沿 着外层细胞的内表面运动，因此构成背唇的细胞在不断更新。（原肠前缘的瓶状细胞，发育为前肠

14、咽部的细胞。后来内卷的为头部中胚层前体的细胞、脊索中胚层细胞。）囊胚腔被挤压到与背唇相对的一侧。同时胚唇向侧面和腹面延伸，形成侧唇、腹唇。通过侧唇和腹唇，位于外胚层细胞中的中胚层和内胚层细胞继续内卷，使胚孔形成一环状，包绕在含有大量卵黄、体积较大的内胚层细胞周围，这些内胚层细胞暴露在植物极外面，称为卵黄栓。最终，卵黄栓也被包入内部。至此，所有内胚层细胞都已进入胚胎的内部，外胚层细胞包被在胚胎的表面，而中胚层细胞则位于内胚层 和中胚层之间。 九、鸟类的原肠作用 1.下胚层和上胚层的形成 鸟类胚盘中央细胞被胚下腔和卵黄分开，看起来透明，称为明区。明区边缘细胞和卵黄接触看起来不透明，称为暗区。上胚层

15、某些细胞单个的迁移到胚下腔中，形成初级下胚层。胚盘后缘有一层细胞向前迁移和初级下胚层汇合，形成次级下胚层。 2.原条的形成 来自上胚层的中胚层细胞内移进入囊胚腔以及来自上胚层后端两侧细胞向中央迁移致使胚胎后端上胚层细胞的加厚。随着加厚部分不断变窄，它不断向前运动，并收缩形成清晰的原条。 原条中出现一凹陷，称为原沟。迁移的细胞通过原沟进入囊 胚腔。 在原条的前端是一个细胞加厚区叫原节或亨氏节。亨氏节的中央有一个烟囱状的凹陷，叫原窝。细胞可以通过原窝进入囊胚腔。 进入鸟类囊胚腔的细胞以单个细胞为单位，内移的细胞并不形成紧密联系的细胞层，只形成松散联系的间质细胞。 通过亨氏节进入囊胚腔的细胞向前迁移

16、，形成前肠、头部中胚层和脊索；通过原条两侧部分进入囊胚腔的细胞形成大部分内胚层和中胚层组织。 3.通过原条的细胞迁移：内胚层和中胚层的形成 下胚层细胞构成的区域即生殖新月不形成任何胚胎本身结构，但含有生殖细胞前体，以后通过血管迁移到生殖腺中。通过亨氏节进 入囊胚的细胞也向前迁移，保持在内胚层和上胚层之间，将来形成头部中胚层和脊索中胚层细胞。 随后在中胚层细胞继续内移的同时，原条开始回缩，使大致位于明区中央的亨氏节向后推移。在原条回缩的痕迹上出现了胚胎背轴和头突。随着亨氏节继续回缩，脊索后端部分开始形成。最终亨氏节回缩到最后端区域，将来形成肛门。 至此，上胚层完全由预定外胚层构成。尽管中胚层细胞

17、还要继续向内迁移很长时间，但大部分预定内胚层细胞已进入胚胎内部。 当预定中胚层和内胚层细胞向囊胚腔内运动时，预定外胚层细胞还在分裂，并成为胚胎最上层唯一的细胞群。预定外 胚层细胞迁移离开胚盘，通过下包包被卵黄。 鸟类原肠作用结束的时候，外胚层已将卵黄包被起来，内胚层已经取代了下胚层，而中胚层则已经迁移到内外两胚层之间的位置。 十、中胚层分区 脊索中胚层：脊索 轴旁中胚层（体节中胚层）：体节、骨、肌肉、软骨、真皮 居间中胚层：泌尿生殖系统、生殖管道 侧板中胚层： 1.体壁中胚层：体壁的骨骼、肌肉、血管、结缔组织 2.脏壁中胚层：消化和呼吸系统的肌组织、血管、结缔组织 头部中胚层：面部结缔组织和肌

18、肉 十一、果蝇体轴的形成 决定前后轴的 3组母体效应基因包括：前端系统决定头胸部分节的 区域，后端系统决定分节的腹部，末端系统决定胚胎两端不分节的原头区和尾节。 另一组基因即背腹系统，决定胚胎的背 腹轴。 1.前端系统： bcd基因对于前端结构的决定起关键的作用。 bcd是一种母体效应基因，其 mRNA由滋养细胞合成，后转运至卵子并定位于预定胚胎的前极。 受精后 bcdmRNA 迅速翻译， BCD 蛋白在前端累积并向后端弥散，形成从前向后稳定的浓度梯度，主要覆盖胚胎前 2/3 区域。 BCD蛋白是一种转录调节因子。另一母体效应基因 hunchback（ hb）是其靶基因之一 ,控制胚胎胸部及头

19、部部分结构的发育。 hb在合胞体胚盘阶段开始翻译，表达区域主要位于胚胎前部， HB蛋白从前向后也形成一种浓度梯度。 hb 基因的表达受 BCD蛋白浓度梯度的控制，只有 BCD蛋白的浓度达到一定临界值才能启动 hb基因的表达。 2.后端系统： 在这一系统中起核心作用的是 nanos（ nos）基因。 其 mRNA由滋养细胞转录，后运至卵，定位于后极，使 NOS蛋白从后至前形成浓度梯度。NOS蛋白的功能是在胚胎后端区域抑制母性 hbmRNA的翻译。 HB可结合 DNA抑制腹部图示形成所必需的缺口基因的表达。 cdlmRNA最初也是均匀分布于整个卵质内， BCD 能抑制 cdlmRNA的翻译。在 B

20、CD活性从前到后降低的浓度梯度作用下形成 CDL蛋白从后到前降低的浓度梯度。 cdl基因的突变导致腹部体节发育不正常。 3.末端系统： 这个系统基因的失活会导致胚胎不分节的部分，即前端原头区和后端尾节，缺失。在这一系统中起关键作用的是 torso（ tor）基因。 tor基因编码一种跨膜酪氨酸激酶受体，在整个合胞体胚胎的表面表达。 其 NH2基端位于细胞膜外， COOH基端位于细胞膜内。当胚胎前、后端细胞外存在某种信号分子（配体）时可使 TOR 特异性活化，最终导致胚胎前、后末端细胞命 运的特化。 torso-like（ tsl）基因可能编码这一配体。 TOR与配体结合后，引起自身磷酸化，经一

21、系列信号传递，最终激活合子靶基因的表达。在卵子发生过程中， tsl 在卵子前极的边缘细胞和卵室后端的极性滤泡细胞中表达。 TSL 蛋白被释放到卵子两极处的卵周隙中，由于 TOR蛋白过量， TSL不会扩散末端区以外，从而保证 tor 基因只在末端区被活化。 4.背 -腹轴的形成 卵室腹侧特异性滤泡细胞产生 Sp?tzle蛋白，释放并定位于卵周隙中，与 Toll受体结合使之活化，通过一系列信号转导最终使与 DL蛋白结合的 Cactus蛋白降解， DL 释放进入细胞核。 DL 蛋白在细胞核内的分布沿背腹轴形成一种浓度梯度。 这种浓度梯度在腹侧组织中可活化合子基因 twist（ twi）和 snail

22、（ sna）的表达，进而指导腹部结构的发育，同时抑制 dpp 和 zen 基因的表达。 dpp 和 zen 基因在胚胎背侧表达，指导背部结构的发育。 十二、果蝇体节的形成 母体效应基因调节首先表达的合子基因，即缺口基因的表达。 不同浓度缺口基因的蛋白质产物引起成对控制基因的表达，形成与前后轴垂直的 7条表达带。成对控制基因蛋白质产物激活体节极性基因的转录，进一步将胚胎划分为 14 个体节。 缺口基因、成对控制基因以及体节极性基因共同调节同源异型基因的表达，决定每个体节的发育命运。 十三、脊椎动物附肢的发育 脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层和外部的表皮共同组成的。 附肢发育起始于肢场侧板中胚层（四

23、肢骨的前体）和体节中胚层（四肢肌肉的前体）间质细胞的增殖。 肢芽形成的信号是由形成预定附肢间质细胞的侧板中胚层细胞提供的，这些细胞分泌的FGF10能够启动上皮和中胚层细胞之间的相互作用。 轴的形成：附肢沿近远轴的分化是由 AER 和附肢中胚层诱导的相互作用产生的。由 AER合成、释放到其下的间质中的成 纤维细胞生长因子 FGF 可能是维持间质细胞增殖的分子。Wnt-7a 基因在肢背部中胚层图示形成中起到关键作用。 engrailed-1在 AER形成之前在附肢腹部的外胚层中特异表达。 Sonichh 在后端高表达起始了前后轴的形成。后与 Wnt7a 相互作用促进前后轴形成。 十四、果蝇性别决定

24、 X-染色体基因产物的作用称为分子因素（ sis-a、 sis-b），而常染色体基因产物的作用称为分母因素。当 X:A转录因子浓度达到一定时（ X:A=1.0），游离的计数元素使 Sxl基因处在“开”的状态。而在雄体中 X:A=0.5 时，不激活 Sxl 的早期转录启动。 Sxl 基因有早期和晚期两个启动子（ PL 和 PE）和 8个外显子，在第 2个外显中有翻译的起始密码子 AUG，而在第3和第 8个外显子中有终止密码子 UGA。雌体中可激活早期转录产生活性的 Sxl 蛋白。 Sxl晚期转录可在两种性别的囊胚形成后开始表达。 Sxl蛋白是一种 RNA-结合蛋白，它可以改变晚期启动子产生的 S

25、xl 初始转录体的剪接，在雌果蝇中由于已存在早期启动子合成的 Sxl，因此可以对晚期启动子的 mRNA进行适当剪接，从而能产生有活性的 Sxl.Sxl的活性在雌体中得到了维持。 Sxl通过控制性别转换基因 转录本的加工 ,调节体细胞的性别决定。 在雄性中， tramRNA第二个 2外显子中有终止密码，使蛋白失去功能。而雌性中则避开 2，在 4处终结产生有功能的 tra 蛋白。雌性特异的 tra 蛋白质与 tra-2使双性基因 dsx以雌性方式拼接，促进雌性特征，抑制雄性发育。而雄性中没有 tra蛋白，双性基因转录本以雄性特异的方式拼接，则编码出另一种较大的蛋白，能抑制雌性特征，促进雄性特征。