发育生物学1 (6)

课程简介
发育生物学 Developmental Biology
主讲教师：康现江、张晗
¾ 学时：34 ¾ 学分：2 ¾ 主要参考教材：张
红卫主编. 发育生 物学（第2版）. 北 京：高等教育出版 社, 2006. 7
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课程简介
课程结构： 绪论（2学时） 发育生物学基本原理（4学时） 动物胚胎的早期发育（16学时） 动物胚胎的晚期发育（8学时） 发育生物学的新研究领域（4学时）
一维
三维
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三、发育生物学与其他学科的关系
基因
细胞
发育
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四、学习发育生物学的意义
¾ 重要的基础生命科学理论； ¾ 人口生育：受精、早期胚胎发育机制； ¾ 临床医学：肿瘤、畸形等； ¾ 农业生产：克隆技术、胚胎切割、转基因动植
物等。
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第二节 动物发育的主要特征和基本规律
¾ 发育（development）：生命现象的发展、生 物有机体的自我构建和自我组织，是有机体的 各种细胞协同作用的结果，也是一系列基因网 络性控制的结果。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、死亡等。
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二、发育生物学的主要任务
¾ 任何生命现象都是遗传信息按一定的时间、 空间和一定的次序表达的结果，即按照发 育的遗传程序（genetic program）展开 的结果。
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二、发育生物学的主要任务
¾ 主要任务：研究生物体发育的遗传程序及其调控 机制。
¾ 核心问题：认识遗传信息以何种方式编码在基因 组上，DNA上的一维信息如何控制生物体的三维 形态结构的构建和生命现象的发展。
¾ Wollf C. F.（1759） Theoria Generationis & Formatione Intestinorum
一、后成论与先成论
Further reference：
Wollf C. F. （17331794），德国生物学家， 描述胚胎学创始人。
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二、细胞理论对胚胎发育和遗传概念的影响
海胆（sea urchin） 棘皮动物
海鞘（ascidian） 尾索动物
文昌鱼（amphioxus） 头索动物
涡虫（planarian） 扁形动物
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第四节 发育生物学模式生物
水螅（hydra） 腔肠动物
拟南芥（arabidopsis thaliana） 十字花科
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本章内容回顾 一、发育生物学简介 二、动物发育的主要特征和基本规律 三、发育生物学的发展简史 四、发育生物学模式动物
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发育生物学相关期刊 Genes and Development Developmental Cell Development Developmental Biology Mechanisms of Development Annual Reviews of Cell and Developmental Biology Current Opinion in Genetics and Development
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名词解释：
发育生物学、发育、图式形成、遗传程序
复习思考题：
1. 发育生物学的研究内容和主要任务。
2. 动物发育的主要特征和功能。
3. 动物发育的基本规律。
4. 后成论与先成论的基本理论及建立过程。
5. 目前常用的发育生物学模式生物有哪些，其共 同特征是什么？
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一、发育生物学的研究内容
发育生物学≠胚胎学
¾ 胚胎学（embryology）： 研究动物从受精到出生之间 有机体的发育，即胚胎发育 （embryogenesis）。
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一、发育生物学的研究内容
9 表皮细胞、胃黏膜的更新
一、发育生物学的研究内容
9 血细胞发生 红细胞：120天 白细胞：7-14天 血小板：7-9天
¾ 基因通过其编码产物——蛋 白质的变化控制发育分化中 细胞的性质和习性；
¾ 发育受遗传程序的控制，遗 传特性通过发育来体现。
基因型和表型的差异
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六、分子生物学与发育生物学的结合
¾ 1940s’，证实DNA是遗传物质，控制蛋白质的合成。 ¾ 1950s’，发现DNA的双螺旋结构。 ¾ 1960s’，三联体密码被破解。 ¾ 1970s’，DNA重组技术出现。 ¾ 1980s’，转基因技术出现。 ¾ 1990s’，动物克隆技术出现。 ¾ 世纪之交：人类基因组计划（Human Genome Project） ¾ 新的突破：stem cells，proteomics，conditional gene，
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第一节 发育生物学简介
什么是发育生物学？ ¾ 发育生物学（developmental
biology）是应用现代生物学技术来 研究生物发育机制的科学。
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一、发育生物学的研究内容
¾ 生物个体发育（ontogeny）：多细胞生 物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、 生长到衰老和死亡。
¾ 生物种群系统发生（systematic development）
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四、诱导的发现
¾ 诱导现象（induction）：胚胎的一种组织可 以指导另一种相邻组织的发育。
9 诱导者（inductor） 9 反应组织（responding tissue）
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四、诱导的发现
¾ 胚孔背唇移植实验—Spemann & Mangold（1924） 1935年获诺贝尔生理学或医学奖
课程简介
¾ 课程考核： 平时成绩：30% 9 出勤： 5% 9 作业：25% 期末考试：70%，笔试，闭卷
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第一章 绪论
第一节 发育生物学简介 第二节 动物发育的主要特征和基本规律 第三节 发育生物学的发展简史 第四节 发育生物学模式动物
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第一节 发育生物学简介
Where am I from ?
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特征：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。
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二、动物发育的基本规律
4. 神经胚形成（neurulation）
¾ 神经管（脑和脊髓的原基）
5. 器官形成（organogenesis）
¾ 器官原基（anlage）
二、动物发育的基本规律
¾ 图式形成（pattern formation）：胚胎细胞形成 不同组织、器官和构成有序空间结构的过程。
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三、发育的嵌合型和调整型
1. 嵌合型发育（mosaic development） ¾ 合子的细胞核含有大量特殊的信息物质——决
定子（determinants），在卵裂的过程中，这 些决定子被分配到子细胞中去控制子细胞的发 育命运。细胞的命运实际上是由卵裂时所获得 的合子核信息早已确定的。
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三、发育的嵌合型和调整型
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一、动物发育的主要特征
¾ 特征：具有严格的时间和空间的次序性，这种 次序性由发育的遗传程序控制。
¾ 功能： 9 产生细胞的多样性并使各种细胞在本世代有机
体中有严格的时间和空间的次序性； 9 保证世代的交替和生命的连续（繁殖）。
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二、动物发育的基本规律
二、动物发育的基本规律
¾ 受精卵、胚胎、幼体、成体（衰老、死亡） （变态）：两栖类
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一、发育生物学的研究内容
¾ 发育生物学：除研究胚胎发育外，还涉及幼体、 成体的发育，包括整个生命过程中其他所有生 命现象的发展，同时还包括异常的发育，如肿 瘤、畸形等。
发育生物学
胚胎学
二、发育生物学的主要任务
¾ 细胞是构成多细胞 有机体的基本单位；
¾ 个体发育的基础是 细胞分化（cell differentiation）。
特征的信息； 9 受精卵是一个细胞，其分裂产生的子细胞可分
化出不同组织； 9 否定了先成论。
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二、细胞理论对胚胎发育和遗传概念的影响
¾ 19世纪，通过对海胆受精卵的观察发现，受精 卵含有两个细胞核，并最终合并为一个细胞核， 表明细胞核含有遗传的物质基础。
¾ 19世纪末，染色体的发现和发现染色体数目在 发育中的变化规律，使孟德尔遗传定律有了物 质基础。
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一、后成论与先成论
¾ 先成论（theory of preformation）：胚胎 是成体的雏形，是配子 中本来固有的结构，胚 胎发育Байду номын сангаас仅是原有结构 的增大。
9 精源学说 9 卵源学说
17世纪，精源学说的 代表人物Nicholas Hartsoeker所想像 的精子中的微型人。
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一、后成论与先成论
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一、后成论与先成论
¾ 后成论（theory of epigenesis）：Aristotle 胚胎是由简单到复杂逐渐发育形成的。
Aristotle（约BC384BC322年），古希腊 思想家，哲学家。
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一、后成论与先成论
17世纪，意大利胚胎学家 Marcello Malpighi观察到 的鸡胚。
knockout，mutagenesis
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第四节 发育生物学模式生物
¾ 果蝇、线虫、非洲 / 热带爪蟾、斑马鱼、鸡、 小鼠等（详见后续课程）
¾ 共同特征： 9 取材方便； 9 胚胎具有较强的可操作性； 9 可进行遗传学研究。 ¾ 海胆、海鞘、文昌鱼、水螅、涡虫、拟南芥等
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第四节 发育生物学模式生物
¾ 1839年，Mathias Schleiden & Theodor Schwann提出细胞学说。
9 所有生物有机体都由细胞构成，细胞是生命的 基本单位；
9 通过细胞的有丝分裂产生其他细胞。