发育生物学——细胞命运决定
发育生物学-复习资料-重点总结
绪论1、发育生物学：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。
它主要研究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，即生物个体发育中生命现象发展的机制。
2、〔填空〕发育生物学模式动物：果蝇、线虫、非洲爪蟾、斑马鱼、鸡和小鼠。
第一篇发育生物学基本原理第一章细胞命运的决定1、细胞分化：从单个的全能细胞受精卵开始产生各种分化类型细胞的发育过程称细胞分化。
2、细胞定型可分为“特化”和“决定”两个阶段：当一个细胞或者组织放在中性环境如培养皿中培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经特化；当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经决定。
〔特化的发育命运是可逆的，决定的发育命运是不可逆的。
把已特化细胞或组织移植到胚胎不同部位，会分化成不同组织，把已决定细胞或组织移植到胚胎不同部位，只会分化成同一种组织。
〕3、〔简答〕胚胎细胞发育命运的定型主要有两种作用方式：第一种通过胞质隔离实现，第二种通过胚胎诱导实现。
〔1〕通过胞质隔离指定细胞发育命运是指卵裂时，受精卵内特定的细胞质别离到特定的裂球中，裂球中所含有的特定胞质可以决定它发育成哪一类细胞，而与邻近细胞没有关系。
细胞发育命运的这种定型方式称为“自主特化”，细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定。
这种以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为“镶嵌型发育”，因为整体胚胎好似是由能自我分化的各部分组合而成，也称自主型发育。
〔2〕通过胚胎诱导指定细胞发育命运是指胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过互相作用，决定其中一方或双方细胞的分化方向。
相互作用开始前，细胞可能具有不止一种分化潜能，但是和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制它们的发育命运，使之只能朝一定的方向分化。
细胞发育命运的这种定型方式成为“有条件特化”或“渐进特化”或“依赖型特化”，因为细胞发育命运取决于与其邻近的细胞或组织。
这种以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为“调整型发育”，也称有条件发育或依赖型发育。
发育生物学-第七章
二、Wilhelm Roux：镶嵌型发育
Weismann凭直觉认为：染色体是发育的遗传信息 携带者。最为重要的是，他所提出的假‘说是一个可 以立即用实验来验证的模型。德国胚胎学家 Wilhelm Roux（ 1831－1904）检验了 Weismann这一假设。他 于 1888年发表的一系列实验结果表明：在蛙胚 2一 细胞期，用热针刺死一个裂球（末吸去坏死的细胞 质），剩下的一个裂球发育成半个身体的胚胎（图 7．2）。Roux的实验结果正好和Weismann假设预期 的结果吻合。Roux认为：蛀胚是由能自我分化的各部 分组织在一起形成的镶嵌体，每一部分的发育命运是 不能改变的，因为每个细胞接受一组特定的核决定子， 并依据所接受的核决定子分化成相应的组织。ROOX把 这一类型的发育称为镶嵌型发育。
பைடு நூலகம்
上述观察结果促使horstadius开展胚胎 学发展史上一些最令人激动的实验。首先 对horstadius（ 1935）追踪海胆 64一细胞 期胚胎的六层细胞中每一层细胞的正常发 育命运。他发现：正常情况下，海胆64一 细胞期胚胎中的动物极细胞和植物极第一 层（Veg1）细胞形成外胚层，植物权第二 层（veg2）细胞形成内胚层，而小裂球则 形成中胚层骨骼（图7．5）。
三、 HanS Driesch：调整型发育
Hans Driesch是用实验方法研究胚胎学的极力推 崇者，他于 1893年发展了 Roux的实验。他采用分 离实验（isolation experiment）的方法，即通过剧 烈摇晃将海胆胚胎裂球分开培养，结果2一细胞期 分开的两个裂球都能发育成完整幼虫。Dri。sob还 证明：甚至在4一细胞期时，4个分开的海胆胚胎裂 球也能发育成长腕幼虫（pluteus）。Driesch的实验 表明：2一或4一细胞期时，分开的海胆胚胎裂球不 是自我分化成胚胎的某一部分，而是通过调整发育 成一个完整的有机体。这一类型的发育称为调整型 发育。
细胞生物学中的细胞分化和细胞命运决定机制
细胞生物学中的细胞分化和细胞命运决定机制细胞分化是指由未特化的细胞分化为特定类型或功能的成熟细胞的过程。
而细胞命运决定机制则是指影响细胞分化的内外因素及其相互作用。
在细胞生物学领域中，细胞分化和细胞命运决定机制是非常重要的研究方向。
一、细胞分化细胞分化是指由原始的未分化状态向特定类型或功能细胞转变的过程。
这个过程在多细胞生物的发育过程中起着至关重要的作用。
细胞分化包括细胞特化和细胞成熟两个过程。
在细胞特化阶段，原始细胞通过调控基因表达途径，选择性地转录特定的基因，从而导致细胞功能和形态的差异化。
这种差异化可以使细胞在结构和功能上适应特定生理环境和组织功能需求。
而细胞成熟是指细胞在细胞特化过程中逐渐发展和巩固其特定的细胞功能和形态。
在这个过程中，细胞会合理利用特定的细胞器和分子机制，以确保细胞能够正常运作并执行其特定的功能。
二、细胞命运决定机制细胞命运决定机制是指决定细胞分化方向的各种内外因素及其相互作用。
细胞命运往往由调控基因表达的网络所决定，而这个网络可以被内外环境信号和细胞-细胞相互作用所调节。
1. 内因素内因素主要包括细胞内的基因表达调控网络、细胞周期调控以及细胞内信号通路等。
基因表达调控网络是细胞分化的核心调控机制，通过选择性地启动或关闭特定的基因表达，决定了细胞的命运。
此外，细胞周期调控和细胞内信号通路的正常运作也对细胞命运具有重要影响。
2. 外因素外因素主要包括控制细胞分化方向的信号分子、细胞外基质以及细胞-细胞相互作用等。
在多细胞生物体内，各种细胞因子和信号分子通过细胞外基质的作用，与细胞膜上的受体结合，从而影响细胞的命运。
此外，细胞与细胞之间的相互作用，如细胞黏附、细胞间的信号传递等也会对细胞分化产生影响。
三、细胞分化和细胞命运决定机制的研究方法在研究细胞分化和细胞命运决定机制时，科学家们采用了各种方法和技术。
其中，重要的研究手段包括：1. 基因表达分析：通过测量和比较不同细胞类型或发育阶段的基因表达模式，可以揭示细胞命运决定机制的一些规律，如转录因子的表达、特定信号通路的激活等。
发育生物学第7章细胞的自主特化
但神经系统的发育例外，神经细胞是由动物极前面一对卵裂球 (a4.2)和植物极前面一对卵裂球(A4.1)产生。当这两对卵裂球 分离后单独培养均不生产神经组织，当二者配合后可形成脑 和触须(palp)。可见在海鞘这样镶嵌型发育的胚胎中也存在 卵裂球之间相互作用决定发育命运的渐进决定作用.
Boveri第一个对胚胎发育中染色体变化进行了观察，发现副蛔 虫单倍体生殖细胞只有2条染色体，第一次卵裂为纬裂形成 动物极和植物极两个卵裂球；在第二次卵裂前动物极卵裂球 染色体两端裂解成数十个小片段，散布细胞质中，不再加入 新形成的细胞核内，因而失去很多基因，这一现象称为染色 体消减(chromosome diminution)。植物极卵裂球仍保持正常数目 染色体。
Wilson(1904)将帽贝早期卵裂球分离培养发现，其发育命运、分 裂速度和分裂方式都和完整胚胎内的相同卵裂球一样(下图)。 这是由特定的形态发生决定子为基础的。
帽贝成纤毛细胞的分化 A.帽贝正常胚胎中成纤毛细胞的分 化 a.16-细胞期侧面观.预定成纤毛 细胞以深色表示. b.48-细胞期. c. 纤毛幼虫期动物极观.纤毛位于成纤 毛细胞上. B.分离培养的帽贝成纤毛细胞的分 化. a.分离的成纤毛细胞. b,c. 培 养过程中第1和第2次卵裂. d.纤毛 形成. 即使分离后单独培养,成纤毛 细胞同样在正常时间形成纤毛
由于极叶细胞质的进入，D 卵裂球比其它3个卵裂球都大，故称 其为大卵裂球(macromere)。D 分裂产生1d 和1D，1D 分裂产生 2d 和2D，2D 分裂产生3d和3D，3D 分裂产生4d 和4D。当除 去D 或1D 或2D 卵裂球时,发育的胚胎缺少心脏、消化道、面 盘、壳腺、眼和足。除去3D，胚胎只缺少心脏和消化道。可 见原先存在于D 卵裂球中的某些形态发生决定子分配到3d卵 裂球中。只除去4D 对胚胎发育没有质的影响。
发育生物学——细胞命运决定课件
CHAPTER 06
细胞命运决定与人类疾病的关系
细胞命运决定与肿瘤发生发展的关系
肿瘤细胞基因突变与细胞命运改变
01
肿瘤细胞由于基因突变导致细胞命运发生改变，从而影响肿瘤
的发生和发展。
肿瘤细胞增殖、分化和凋亡的调控
细胞命运决定的重要性
• 细胞命运决定是生物发育的基础，它决定了细胞 在组织或器官中的角色，以及它们如何相互作用 以维持生命。错误的细胞命运决定可能导致疾病 或发育异常。
发育生物学简介
• 发育生物学是研究生物体从受精卵到成熟个体的过程中细 胞和组织发育过程的科学。它涉及细胞命运的决定、器官 和组织的形成以及生物体形态的建立。
详细描述
组蛋白修饰是指对组成染色体的组蛋白进行化学修饰的过程，它可以改变染色体的结构和功能，从而影响基因表 达水平。在发育过程中，组蛋白修饰的变化可以导致细胞分化为不同的类型，并且这种变化是可遗传的。
非编码RNA在细胞命运决定中的作用
总结词
非编码RNA是一种重要的表观遗传学调 控分子，在细胞命运决定中发挥重要作用。
通过β-catenin的稳定性和核转录因 子TCF/LEF的活性，调控基因表达， 影响细胞命运。
非经典Wnt信号通路
通过Ca²⁺和PKC等信号转导分子，影 响细胞命运。
BMP信号通路在细胞命运决定中的作用
BMP信号通路
通过Smad1/5/8等BMP受体激活， 影响细胞分化、增殖和凋亡等细 胞命运决定过程。
VS
详细描述
非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA 分子，它们可以调控基因表达水平，从而 影响细胞命运决定。在发育过程中，非编 码RNA的表达水平的变化可以导致细胞 分化为不同的类型，并且这种变化是可遗 传的。
发育生物学——细胞命运决定 (3)
Weismann理论的核心强调早期的卵裂必须为 不对称卵裂。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是 完全不同的。
细胞质中决定因子的定位和细胞不对称分裂使 细胞变得不同
细胞分裂时母细胞中的某些分子不均等地分配到两个子 细胞中，造成子细胞向不同方向分化。
不对称分裂：生成不同的子细胞
细胞质分裂时分配到子 细胞中的细胞质不均一 ,在一定程度上决定了 细胞的早期分化。细胞 质中决定细胞命运的特 殊信号物质称为决定子 (determinant)
细胞命运决定及命运图
山东师范大学生命科学学院
• 动物有机体是由分化细胞(specialized cell)组成 • 分化细胞不仅形态多样，而且功能各异
•
从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫细
胞分第化。二已节分化的胚细胎胞不细但胞具有发一育定命的形运态的和合决成特异
的产物，而且行使特异的定功能。
Cell fate determination
Cytoplasmic localization and asymmetric cell division: result in daughter cells having properties different from each other; chemical differences distributed in the egg in
。在胚胎早期发育过程中，某一组织或器官的细胞必需 先定型，然后才能向预定的方向发育，也就是分化，形 成相应的组织或器官。定型之后，分化方向变得不可逆 转。
• 早期胚胎中，卵裂球的发育命运没有决定 (determination)。随着胚胎的发育，不同卵 裂球受本身内在因素及环境条件的影响，其发 育命运被确定下来，分化为内胚层、中胚层或 外胚层细胞。
发育生物学期末考试复习资料
发育生物学期末考试复习资料一、发育的主要功能：产生细胞的多样性（细胞分化）；保证世代的连续（繁殖）。
细胞分化（cell differentiation）：从受精卵产生各种类型细胞的发育过程称为细胞分化。
或者说，细胞的形态、结构和功能上的差异性产生的过程为细胞分化。
第一章细胞命运的决定细胞分化：细胞表型多样化和功能多样化产生的过程。
（一）、定型的两个时相：1、特化（specification） ---- 当一个细胞或组织放在中性环境(如培养皿中培养)可以自主分化时，那么这个细胞或组织被认为是命运已经特化了。
此类细胞发育命运是可变的。
2、决定（determination） ---- 当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，那么这个细胞或组织被认为是命运已经决定了。
此类细胞的发育命运是不可逆的。
生殖质（极质，P颗粒）：含有生殖细胞决定子的细胞质，获得生殖质的卵裂球将形成原生殖细胞。
第五章生殖细胞的发生原生殖细胞（Primordial germ cell，PGC）---- 性别尚未分化的生殖细胞。
二、生殖质与生殖细胞的决定生殖质Germ plasm：具有一定形态结构的特殊细胞质，主要由蛋白质和RNA构成。
原生殖细胞的决定从受精卵的第一次卵裂就开始了，到4次分裂以后，原生殖细胞将发生均等分裂；含P颗粒（Posteriorgranules）的细胞构成生殖系，P1，P2，P3，P4……，P4为生殖细胞的始祖细胞；P颗粒在受精过程和第一次卵裂过程中的不对称定位，26细胞期时全部P颗粒都在P4细胞中。
线虫原生殖细胞的命运决定于Pie-1： Pie-1基因的功能涉及P细胞维持生殖干细胞的属性，其编码核蛋白，仅存于生殖干细胞中。
其缺失导致P1－P4也向体细胞分化。
其作用可能是抑制生殖细胞中体细胞相关基因转录活性。
2、果蝇(Drosophila)：生命周期短，易于繁殖，操作简便，成本低；产卵力强，其胚胎和成体表型特征丰富，遗传背景清楚。
生物发育过程中的细胞命运决定研究
生物发育过程中的细胞命运决定研究随着科学技术的不断革新和发展，对于生物发育过程中细胞命运决定的研究也越来越深入。
在生物发育过程中，细胞命运决定了生物体局部或整体的组织和器官形成，对于人类的生命健康以及医学进步都具有重要的意义。
本文将从细胞命运的概念、细胞命运决定的机制、细胞命运在医学领域中的应用等多个方面探究生物发育过程中的细胞命运决定研究。
一、细胞命运概念细胞命运指的是细胞分化为不同类型的细胞，形成不同的组织和器官的过程。
在细胞命运的发展过程中，会受到生物体内外多种信号分子的影响，从而体现出特定的形态和功能。
细胞命运一旦形成就很难再改变，因为细胞内的基因表达已经被固化，这也是细胞分化的一个特征。
二、细胞命运决定的机制细胞命运决定的机制是一个复杂的过程，包括基因转录、转译调控机制、细胞外信号分子等多种因素。
其中，转录因子和epigenetic修饰在细胞命运的变化中扮演着重要的作用。
1. 转录因子转录因子是可以结合到DNA上的一类蛋白质，它可以促进或抑制DNA转录，从而影响基因的表达。
转录因子的运作影响了细胞在命运决定中所表现出的特定性。
例如，在哺乳动物的胚胎发育过程中，心臟细胞与神经细胞都源自于神经外胚层，但是由于不同类型的细胞产生了不同的转录因子，使它们分别发育成了心脏和神经细胞。
转录因子的作用使得细胞在发育过程中不仅保持了其特定的形态和功能，而且还能确保其继承下去。
2. epigenetic修饰epigenetic修饰包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰等一些非遗传性修改，这种修饰的方式不会改变DNA序列，而是通过改变基因的表达方式来影响细胞的命运。
例如，在人类发育过程中，胚胎干细胞被认为是一类未分化的细胞，epigenetic修饰对转录因子的调控可以让它们进一步分化为具有特定性质的细胞。
3.细胞外信号分子细胞外信号分子也对细胞命运的决定具有相当重要的作用。
例如，细胞因子、调节物质等信号分子在细胞发育和分化过程中起到了至关重要的作用。
发育生物学试题库(答案参考)
发育生物学试题库（发育生物学教学组）目录：第一章章节知识点与重点 (1)第二章发育生物学试题总汇 (6)第三章试题参考答案 (18)第一章章节知识点与重点绪论1.发育和发育生物学2.发育的功能3.发育生物学的基础4.动物发育的主要特点5.胚胎发育的类型（嵌合型、调整型）6.研究发育生物学的主要方法第一章细胞命运的决定1.细胞分化2.细胞定型及其时相（特化、决定）3.细胞定型的两种方式与其特点（自主特化、有条件特化）4.胚胎发育的两种方式与其特点（镶嵌型发育依赖型发育）5.形态决定子6.胞质定域（海胆、软体动物、线虫）7.形态决定子的性质8.细胞命运渐进特化的系列实验9.双梯度模型10.诱导11.胚胎诱导第二章细胞分化的分子机制1.细胞表型分类2.差异基因表达的源由3.了解基因表达各水平的一般调控机制第三章转录后的调控1.RNA加工水平调控2.翻译和翻译后水平调控第四章发育中的信号传导1.信号传导2.了解参与早期胚胎发育的细胞外信号传导途径第五章受精的机制1.受精2.受精的主要过程及相关知识3.向化性4.顶体反应5.皮质反应第六章卵裂1.卵裂特点（课堂作业）2.卵裂方式3.两栖类、哺乳类、鱼类、昆虫的卵裂过程及特点4.（果蝇）卵裂的调控机制第七章原肠作用1.了解原肠作用的方式：2.海胆、文昌鱼、鱼类、两栖类、鸟类、哺乳类的原肠作用基本过程与特点第八章神经胚和三胚层分化1.三个胚层的发育命运第九章胚胎细胞相互作用-诱导1.胚胎诱导和自动神经化、自动中胚层化2.胚胎诱导、异源诱导者3.初级诱导和次级诱导、三（多）级诱导4.邻近组织相互作用的两种类型5.间质与上皮（腺上皮）的相互作用及机制第十章胚轴形成1.体形模式2.图式形成3.果蝇形体模式建立过程中沿前后轴不同层次基因的表达4.果蝇前后轴建立的分子机制5.果蝇背腹轴形成的分子机制第十一章脊椎动物胚轴的形成1.什么是胚轴2.两栖类胚轴形成过程及分子机制。
发育生物学中的分化和命运决定
发育生物学中的分化和命运决定在发育生物学的领域中，分化和命运决定是非常重要的概念。
分化指的是细胞从一个全能状态到一个特化状态的过程，而命运决定则是指细胞在分化过程中所采取的特殊功能。
这两个概念紧密相关，决定了一个生物的生长和发育。
一、细胞分化细胞分化指的是细胞从一个全能状态到一个特化状态的过程。
在早期的胚胎发育中，所有的细胞都是全能状态的。
这些细胞可以发展成任何类型的细胞。
但是，随着细胞的分化，一些细胞变得特殊化。
它们只能发展成一种或几种特定的细胞。
在细胞分化的过程中，细胞会遵循一条特定的通路。
这个通路被称为分化谱系。
显然，不同的种类有不同的分化谱系。
例如，心肌细胞是从原始的胚胎发育的中胚层细胞中发展而来的。
而成骨细胞则是从干细胞中分化而来的特殊化细胞。
二、命运决定在细胞分化的过程中，每个细胞都会通向一个特定的细胞类型。
这就是细胞的命运决定。
细胞分化过程中，命运决定是由细胞内部的信号调节和外部环境的影响控制的。
在一些情况下，细胞的命运可以改变。
例如，在一些实验中，研究人员用特定的化学物质影响细胞，使其向不同类型的细胞发展。
这些化学物质能够影响细胞内部的信号通路，从而改变细胞的命运决定。
三、分化和命运决定的意义细胞分化和命运决定的过程影响了一个生物的生长和发育。
可以说，一个生物的体型和功能至少部分上是由分化和命运决定决定的。
在分化的过程中，不同类型的细胞会产生不同类型的组织和器官。
在命运决定的过程中，每个细胞将扮演特定的角色，以实现生物体的正常运作。
此外，分化和命运决定对医学研究和治疗也有重要的影响。
了解细胞分化和命运决定的过程，可以帮助医生和研究人员更好地了解疾病的发生和发展。
例如，在一些疾病中，细胞的分化和命运决定可能会被打乱，导致异常细胞或器官的发展。
通过理解这些过程，研究人员和医生可以发现治疗疾病的新方法。
四、结论细胞分化和命运决定是发育生物学中重要的概念，它们对于生物体的生长和发育起着至关重要的作用。
胚胎发育过程中的细胞命运决定
胚胎发育过程中的细胞命运决定胚胎发育过程中的细胞命运决定了生物体最终的形态和功能。
在胚胎发育的早期阶段，所有细胞都具有相同的基因组，但随着时间的推移，细胞开始逐渐分化，并形成不同的细胞类型，如肌肉细胞、神经细胞和血液细胞等。
这种细胞分化和命运决定的过程被称为细胞命运决定。
细胞命运决定是一个复杂的过程，受多个因素的调控。
其中，基因调控是最重要的因素之一。
在胚胎发育过程中，不同的基因会在不同的时间点和空间位置上被激活或关闭，进而影响细胞的命运。
通过基因调控，胚胎中的细胞逐渐分化为各种不同的细胞类型。
除了基因调控，细胞与周围环境的相互作用也对细胞命运决定起着重要作用。
胚胎中的细胞通过与周围细胞之间的相互作用，接受来自周围环境的信号，并通过信号通路的激活或抑制来决定其分化方向。
这种细胞间相互作用和信号传导的过程被称为细胞命运决定网络。
细胞命运决定网络是一个复杂而精确的系统。
它由多个信号通路组成，如Wnt、Notch和Hedgehog等信号通路。
这些信号通路可以相互调节，形成一个复杂的调节网络，确保胚胎中的细胞以正确的时间、地点和数量分化为特定的细胞类型。
在细胞命运决定的过程中，存在着一种重要的细胞类型，即干细胞。
干细胞具有自我更新和多向分化的能力，可以分化为多种不同的细胞类型。
在胚胎发育过程中，干细胞起着至关重要的作用。
它们不仅参与了胚胎各个器官的形成，还在成体组织的修复和再生过程中发挥重要作用。
胚胎中的干细胞具有早期细胞命运决定的潜力。
它们可以通过调控基因表达和响应外界信号等方式，决定自身的细胞命运。
在一定条件下，干细胞可以分化为特定的细胞类型，并参与形成不同组织和器官。
这种干细胞的多向分化能力使其成为生物医学研究和临床应用的重要工具。
总的来说，胚胎发育过程中的细胞命运决定是一个复杂而精确的过程。
它涉及到多个因素的相互作用，如基因调控和细胞间相互作用等。
通过深入研究细胞命运决定的机制，不仅可以增进我们对胚胎发育的理解，还可以为生物医学研究和临床应用提供重要的理论依据。
发育生物学的主要研究内容
发育生物学的主要研究内容
发育生物学是生物学的一个分支学科，主要研究生物体从受精开始到形成成熟个体的生长、分化和发育过程。
其主要研究内容包括以下几个方面：
1. 受精和胚胎发育：研究受精过程中精子与卵子的结合、融合和胚胎发育的早期过程，包括细胞分裂、细胞增殖、细胞分化等。
2. 组织发育：研究胚胎发育过程中不同细胞和组织的形成和分化，包括器官的原基形成、器官的增大和成型等。
3. 体轴建立和器官定位：研究生物体体轴的建立和胚胎中各个器官在体轴上的定位，包括胚胎发育过程中的体式形成和器官的定向发育。
4. 细胞命运决定：研究细胞在发育过程中的命运决定，即细胞分化为特定细胞类型的选择和决定机制，包括基因调控、细胞信号传导等。
5. 发育遗传学：研究遗传因素对生物个体发育过程的影响，包括基因的突变导致发育缺陷、不同基因的相互作用等。
总体来说，发育生物学的主要研究内容是从受精开始到个体形成的整个过程中，生物体发育和分化的机制和遗传基础。
细胞异质性和细胞命运决定的研究
细胞异质性和细胞命运决定的研究已经成为现代生物学研究的重要方向之一。
随着研究技术的不断进展，我们逐渐了解到，原本以为相似的细胞，实际上存在着很大的差异。
这种差异的存在，决定了细胞的不同命运，对于人类生命的理解和疾病治疗也具有重要意义。
细胞异质性指的是群体中细胞的不同种类和状态，这种异质性在不同的组织中表现出来的程度不同。
例如，在多能干细胞和干细胞分化的过程中，不同细胞类型会表达不同的基因和功能蛋白质，这种差异是由于各种因素所致。
细胞命运决定的则是细胞分化和发育的过程。
每个细胞都是从单一的细胞开始发育和分化的，不同的细胞类型最终形成了组织和器官。
细胞命运的决定是一个复杂的过程，涉及到基因表达、信号通路调控等多个方面。
细胞异质性和细胞命运决定是不可分割的。
细胞异质性决定了细胞命运的多样性，而细胞命运则进一步影响细胞的异质性。
研究细胞异质性和细胞命运决定的过程也成为了研究细胞生物学和发育生物学的重要方向。
一个细胞命运的决定是由多种因素共同作用的结果。
其中包括细胞自身的特征，例如基因表达、生物学和化学特性，以及周围环境所提供的信号。
细胞间的相互作用也会对细胞的命运产生影响。
例如，一个细胞在另一个细胞的影响下，可以改变自己的命运。
因此，在研究细胞命运的决定时，需要考虑多种因素的相互作用和影响。
细胞异质性和细胞命运决定在生物医学中具有重要意义。
了解细胞命运的决定过程可以帮助我们预测和预防多种疾病。
例如，在肿瘤发展中，细胞命运的决定是一个非常重要的因素。
了解细胞命运的决定可以帮助我们开发更有效的肿瘤治疗方法，并预测肿瘤细胞将如何响应各种治疗方式。
在不久的将来，我们可以看到将在许多生命科学领域中发挥重要作用。
这项研究不仅可以帮助我们破解人体内部的奥秘，还可以探索许多潜在的医学应用。
例如，在再生医学和组织工程中，我们希望通过控制细胞命运的决定过程来生成新的组织和器官。
预测细胞命运的研究还可以帮助我们更好地预测和诊断疾病、设计更安全高效的药物。
发育生物学——细胞命运决定
Cell fate determination
Induction: a signal from one group of cells influences the development of an adjacent group of cells; 细胞间的 诱导作用使得细胞之间互不相同。
Permissive induction: a cell makes only one kind of response to a signal at a given level.
胚胎发育早期，细胞的发育潜力更大！
将原肠胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们将按新部位的 命运发育为体节 和脊索。
将神经胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们仍将发育为类 似于眼的结构。
细胞命运的定型的作用方式
• 胞质隔离 (cytoplasmic segregation)：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 哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。
细胞质中决定因子的定位和细胞不对称分裂使细 胞变得不同
细胞分裂时母细胞中的某些分子不均等地分配到两个子 细胞中，造成子细胞向不同方向分化。
不对称分裂：生成不同的子细胞
细胞质分裂时分配到子 细胞中的细胞质不均一, 在一定程度上决定了细 胞的早期分化。细胞质 中决定细胞命运的特殊 信号物质称为决定子 (determinant)
Instructive induction: the cell respond differently to different concentrations of the signal.
细胞间的相互诱导 来自外部的信号使一群 细胞中的一个或更多的 成员进入不同的发育 途径。
第3章 细胞命运的决定
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14
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，激活或抑制某些基因表达，决定裂 球的发育命运。这一现象称为胞质定域 （cytoplasmic localization）。
1）特化（specialized）
特化阶段细胞仍处于可变期：即当一个细胞或组织放 在中性环境如培养皿中可以自主分化时，说明这个细 胞或组织的命运已经特化。
已特化的细胞或组织的发育命运是可逆的。如果把已 特化的细胞或组织移植到胚胎不同的部位，它就会分化 成不同的组织（如图3-2a）。
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7
2）决定（determined）
三、思考：细胞定型与动物克隆技术的关系？
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11
第二节 细胞的自主特化
一、自主特化与镶嵌型发育
原因：卵裂时，受精卵内特定的细胞质分配到不同的 分裂球中，进而决定各子裂球的发育命运（胞质隔 离）,这种定型方式称为自主特化（autonomous specification）。
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12
胚胎切割实验进一步证明了海鞘的镶嵌型发育模式： 在海鞘胚胎的发育的8细胞期，将胚胎进行切割研究： 结果表明，各部分均能发育出独特结分 化（图3-5），但都不能形成完整胚胎。
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21
图3-5 8细胞期4对裂球分开后，每对裂球都形成独特的结构
而脊椎动物和少数无脊椎动物胚胎发育过程中情况 正好则相反，以有条件特化为主，细胞自主特化次 之。
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脊椎动物骨骼肌的分化主要特征
Fate of cells: 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
第二节 胚胎细胞发育命运的决定 定型 (commitment): 细胞在分化之前，会发生一些隐蔽的变化
，使细胞命运朝特定方向发展。 -- 特化（specification） -- 决定（determination）
海鞘（Phallusia mammillata）受精时胞质定域的 分离
表皮决定子在受精过程中迁移到卵子动物极顶部(apical region), 卵裂时进入动物极裂球中。 内胚层决定子在受精过程中迁移到卵子植物极半球，卵裂时进入植 物极裂球中。
• 秀丽新小杆线虫胚胎细胞命运主要由卵内细 胞质决定，而不是由邻近细胞间相互作用决 定。其胚胎中发现的SKN－1蛋白质就很可能 是一种“转录因子”样形态发生决定子。 • SKN-1可能通过激活P1裂球及其产生的EMS 和P2两裂球中的某些特定基因，从而决定它 们的发育命运。咽部细胞命运可以通过分离 到这些裂球中的母源性因子（maternal factor）自主决定。
海鞘不同区域的卵 细胞质分别与未来 胚胎特定的发育命 运相联系。黄色新 月区含有黄色细胞 质，称为肌质 （myoplasm）， 将来形成肌细胞。 灰色新月区含有灰 色细胞质，将来形 成脊索和神经管。 动物极部分含透明 细胞质，将来形成 幼虫表皮。灰色卵 黄区含大量灰色的 卵黄，将来形成幼 虫消化道。
柄海鞘的镶 嵌型发育。
当8细胞期胚 胎中的4对卵 裂球被分离 后，每对卵 裂球只能发 育为部分结 构。
• 海鞘属于典型的镶嵌型发育胚胎。典型的 镶嵌型发育的胚胎还有栉水母 (tenophores)、环节动物(annelids)、线 虫(nematodes)和软体动物（molluscs） 等。另一方面，海胆、两栖类和鱼类等动 物的胚胎属于典型的调整型发育胚胎。在 这些呈典型的调整型发育的动物卵子细胞 质中，也存在着形态发生决定子。 • 形态发生决定子广泛存在于各种动物的卵 子细胞质中。
胚胎发育早期，细胞的发育潜力更大！
细胞命运的定型的作用方式
• 胞质隔离 (cytoplasmic segregation)：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 哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。 自主特化（autonomous specification）。以细胞自主特化为特点 的胚胎发育模式称为镶嵌型发育 (mosaic development)，或自主性 发育，整体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。无脊椎动物为主。
细胞间的相互诱导
来自外部的信号使一群
细胞中的一个或更多的
成员进入不同的发育 途径。
细胞被导入新的发育途径
诱导作用可使细胞互为不同 信号传导特点
传递距离有限 并非所有细胞都能对 某种信号发生反应。 不同类型细胞可对同 跨膜蛋白的 一信号发生不同反应, 直接互作 e.g., 乙酰胆碱使心肌 收缩频率下降，但促使 唾液腺分泌唾液。
扩散性 信号分子 间隙连接
Signal transduction
相邻细胞相互作用决定分化方向
图式建成依赖于细胞对位置信息的译读
法国国旗模式
每个细胞位置信息： 获得位置值(positional value)，这个值决定它的位置 (两端 的边界) 细胞译读位置信息
细胞如何知道它们的 positional value? 由形态发生素梯度产生
发育潜力已经单一化。
Cell fate: specification and determination
Cell fate: specification and determination
• 已特化的细胞或组织的发育命运是可逆的 。如果把已特 化的细胞或组织移植到胚胎不同的部位，它就会分化成 不同的组织。 • 已决定的细胞或组织的发育命运是不可逆的。 • 在细胞发育过程中，定型和分化是两个相互关连的过程 。在胚胎早期发育过程中，某一组织或器官的细胞必需 先定型，然后才能向预定的方向发育，也就是分化，形 成相应的组织或器官。定型之后，分化方向变得不可逆 转。
Weismann理论的核心强调早期的卵裂必须为 不对称卵裂。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是 完全不同的。
细胞质中决定因子的定位和细胞不对称分裂使 细胞变得不同
细胞分裂时母细胞中的某些分子不均等地分配到两个子 细胞中，造成子细胞向不同方向分化。
不对称分裂：生成不同的子细胞
细胞质分裂时分配到子 细胞中的细胞质不均一 ,在一定程度上决定了 细胞的早期分化。细胞 质中决定细胞命运的特 殊信号物质称为决定子 (determinant)
细胞命运决定及命运图
山东师范大学生命科学学院
• 动物有机体是由分化细胞(specialized cell)组成 • 分化细胞不仅形态多样，而且功能各异
• 从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫细 第二节 胚胎细胞发育命运的决 胞分化。已分化的细胞不但具有一定的形态和合成特异 定 的产物，而且行使特异的功能。
有条件特化次之；而在脊椎动物胚胎发育过
程中则相反，主要是细胞有条件特化在发生 作用，细胞自主特化次之。
Cell fate determination Induction: a signal from one group of cells influences the development of an adjacent group of cells; 细胞间的 诱导作用使得细胞之间互不相同。 Permissive induction: a cell makes only one kind of response to a signal at a given level. Instructive induction: the cell respond differently to different concentrations of the signal.
• 当一个细胞或者组织放在中性环境 (neutral environment)如 培养皿中可以自主分化时，可以说这个细胞或组织已经特化。 They develop according to normal fate. • 当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，可以 说这个细胞或组织已经决定。细胞特性发生了不可逆的改变，
Cell fate determination
Cytoplasmic localization and asymmetric cell division: result in daughter cells having properties different from each other; chemical differences distributed in the egg in the form of determinants (mRNA or proteins, Xenopus- VegT, vegetal regions of the fertilized egg)
"French flag" model
Single gradient
当信号分子从一个源
头向外扩散时，往往
形成一个信号的浓度
梯度，使得距源头远 近不同的细胞根据自 己周围信号分子的阈 浓度，表现出各种不
同的行为。
Morphogen: 某种化学物质 浓度变化影响到图式形成.
The concentration of substance at either end of the gradient must remain different from each other but constant, thus fixing boundary
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（cytoplasmic localization）。胞质定域
也称为胞质隔离（cytoplasmic segregation）或
胞质区域化（cytoplasmic regionalization）或胞 质重排（cytoplasmic rearrangement）。
A. staufen基因内应在oskar基因之前行使功能，并影 响oskar基因的表达。B. 研究明了的影响果蝇生殖细 胞发生的6种基因的作用顺序。
细胞命运的定型的作用方式
• 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。 有条件特化（conditional specification），因为细胞命运取决于与 其临近的细胞或组织。以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为 调整型发育（regulative development），或依赖型发育。脊椎动 物为主。
•
早期胚胎中，卵裂球的发育命运没有决定
(determination)。随着胚胎的发育，不同卵
裂球受本身内在因素及环境条件的影响，其发
育命运被确定下来，分化为内胚层、中胚层或
外胚层细胞。
细胞发育命运的决定是一个渐进的过程
两栖动物眼区细胞的潜能随发育时期的不同而改变 原肠胚中眼区将 发育为眼睛。 将原肠胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们将按新部位的 命运发育为体节 和脊索。 将神经胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们仍将发育为类 似于眼的结构。
skn-1突变体中肠和咽部的缺陷
形态发生决定子的性质
• 形态发生决定子可能是某些特异性蛋白质或
mRNA等生物大分子物质，它们可以激活或抑
制某些基因表达，从而决定细胞的分化方向。 • 形态发生决定子的性质和作用方式在海鞘和果 蝇中研究较为深入。
• 海鞘胚胎中： 第一类是可以激活某些基因（乙酰胆碱酯酶 基因）转录的物质，因为海鞘胚胎中多数组织 特异性结构的形成都对转录抑制剂敏感； 第二类可能是以mRNA的形式存在于卵内一 定的区域，在卵裂时分布到预定的裂球中。 • 探讨胚胎的决定状态，应对决定细胞发育命运 的蛋白质或mRNA进行分析鉴别，而不是分析 鉴别细胞分化时产生的特异性蛋白质和mRNA 。