03-3第三章 动物胚胎的早期发育3——原肠作用

层细胞质中，即预定背唇区； 背唇可诱导形成次生胚轴（secondary axis）； 胚孔位于精子入卵点对面的一组植物极裂球上。
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植物极背方细胞对原肠作用的启动具有重要作用
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四、两栖类
3. 细胞运动和原肠构建 1）原肠作用的开始 囊胚背部表面缘区的内胚
层细胞下陷，瓶状细胞 （bottle cell）形成；
胞内表面运动；
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四、两栖类
9 前肠咽部细胞（瓶状细胞） 9 头部中胚层细胞、脊索中胚层细胞 5）同时，动物半球细胞下包，向胚孔处集中； 6）胚孔侧唇和腹唇先后形成； 7）卵黄栓形成（暴露在植物极外的内胚层细胞）； 8）卵黄栓被胚孔全部包入； 9）外胚层细胞外包，覆盖在胚胎表面。
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随着背唇、侧唇和腹唇的连续形成，胚孔区域的变化
A. 原肠顶端形成次级间质细胞；B. 次级间质细胞的线状伪足
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一、海胆
次级间质细胞的线状伪足和囊胚腔壁的接触存 在区域特异性，其特定靶位可能位于幼虫腹面 将来形成口的区域；
次级间质细胞拉动原肠延伸至囊胚腔壁后分散 进入囊胚腔，最终形成中胚层器官。
一、海胆
¾ 囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成口； ¾ 口和原肠最顶端形成一连续相通的消化管； ¾ 胚孔最终形成肛门（后口动物）。
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胚孔形成和原肠作用过程中爪蟾背部区域细胞的运动
I：植物极板内陷 填补内移细胞空隙→植物极板进一步变扁平； 植物极板向内弯曲、内陷（1/4~1/2）； 原肠（archenteron）形成 胚孔（blastopore）：原肠在植物极的开口。
一、海胆
初级原肠内陷
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一、海胆
植物极板内陷的机理：双金属片模型 透明层： 9 内层：Fibropellin蛋白 9 外层：透明蛋白（hyalin protein） 9 植物极板细胞向内层分泌硫酸软骨素蛋白多糖
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间质细胞和非间质细胞与不同胚层细胞或胞外组分之间的亲和力
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一、海胆
小裂球内移的机制：
小裂球
基质层（内）：增加
相邻细胞：减小
小裂球内移 初级间质细胞形成
透明层（外）：减小
一、海胆
2. 原肠形成 植物极板内陷； 集中延伸，原肠伸长； 次级间质细胞产生，拉动原肠延伸。
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一、海胆
不同动物原肠作用方式各不相同，同一动物原 肠作用常包括几种不同的彼此协调一致的细胞 运动方式。
棘皮动物（海胆） 两栖类
原索动物（文昌鱼） 鸟类
鱼类（斑马鱼）
哺乳类
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一、海胆
一、海胆
海胆的早期卵裂
海胆胚胎第四次卵裂时形成的小裂球（micromere）
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一、海胆
一、海胆
四、两栖类
瓶状细胞对胚胎原肠作用早期的细胞运动起主动作用 （蝾螈, Holtfreter, 1944）；
移植的胚孔背唇细胞在内胚层细胞层上下陷，形成 胚孔沟。瓶状细胞的内陷启动原肠作用。
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四、两栖类
非洲爪蟾：启动缘区细胞内卷后，瓶状细胞不参与维持原肠作用
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。边缘区细胞的运动导致外胚层细胞 向植物极外包，预定前端中胚层细胞沿囊胚腔内表面延伸。
2）胚轴的确定：受精卵的胞质隔离
精子入卵后，皮层向精 子进入的方向旋转30º， 在动物极皮层含大量色 素而内层含少量色素的 物种中，这一胞质不同 层次的相对运动形成了 一个在精子进入点对面 的新月形的灰色区域， 称为灰色新月（gray crescent）。
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四、两栖类
3）胚孔的定位 精子入卵点对面的细胞质开启原肠作用； 这些细胞位于受精卵将形成背部的植物极细胞的深
第三节 原肠作用——胚胎细胞重组
内卷（involution）： 胚胎表面细胞连续向内 部卷入，并沿表层细胞 内表面扩散，如两栖类 的中胚层形成。
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第三节 原肠作用——胚胎细胞重组
内移（ingression）： 胚胎表层细胞单个独立 向内部迁移，如海胆的 中胚层和果蝇的神经细 胞形成。
第三节 原肠作用——胚胎细胞重组
深层细胞插入到将来发育成胚胎背部的区域。 9 诱导形成次级胚轴
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三、斑马鱼
通过下包胚盘的边缘细胞内卷或上胚层细胞内移形成下胚层
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下包胚盘边缘区域的放大，示边缘下包的内卷和细胞内移
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三、斑马鱼
脊索中胚层（ chordamesoderm ）：胚盾下胚 层细胞向前端集中和延伸。
三、斑马鱼
近轴细胞（adaxial cells） ：预定中胚层体节； 上胚层细胞通过集中和延伸将脑细胞集中在背中
植物极预定内胚层细胞伸 长、加厚、内陷；
杯状原肠胚； 外胚层——表皮、神经系
统； 内中胚层——脊索、肌节、
消化管。
二、文昌鱼
2. 胚唇细胞内卷
所有胚唇细胞均呈一定程度内卷； 背唇、腹唇和侧唇之间的内卷程度无明显差异。
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三、斑马鱼
受精后，斑马鱼合子开始不完全卵裂。卵裂最初只限制在 胚胎的动物极，卵裂并未延伸到卵黄，导致在卵黄上形成 一堆分裂球。前5次卵裂为经裂，第6次卵裂为纬裂。
第三节 原肠作用——胚胎细胞重组
It is not birth, marriage, or death, but gastrulation, which is truly the most important time in your life.
- by Lewis Wolpert（1986）
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第三节 原肠作用——胚胎细胞重组
海胆早期原肠胚 内初级间质细胞 沿囊胚腔内表面 运动，主动伸出 线状伪足与囊胚 腔壁连接，占据 囊胚腔预定腹侧 面，并形成稳固 联系。初级间质 细胞融合形成索 状合胞体 （syncytial cable），最终形 成幼虫碳酸钙骨 针的轴。
初级间质细胞形成的索状合胞体（预定骨针）的扫描电镜照片
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一、海胆
酸尼罗蓝等浸泡过的琼脂片贴到囊胚表面，使接触到 琼脂片的胚胎细胞染上颜色，或者把荧光染料注射到 细胞内，然后跟踪着色细胞在原肠作用时的迁移运动 及其发育命运。 发育命运图谱
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两栖类胚胎活体染色 A. 用活体染料标记胚胎表面特定细胞（Vogt, 1929）； B-D. 标记细胞的迁移运动（表面观）； E. 将蝾螈胚胎沿中线剖开，示标记细胞在胚胎内部的分布。
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一、海胆
植物极板中央小细胞（来源于小裂球）伸出线状伪 足（filopdia）
线状伪足：连接、收缩、脱离连接…… 初级间质细胞（primary mesenchyme cell）形成
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初级间质细 胞内移
植物极板中央 来源于小裂球 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， 形成初级间质 细胞。
分层（delamination）： 单层细胞分裂形成两层或 多层相互平行的细胞层， 如哺乳动物和禽类的下胚 层形成。
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第三节 原肠作用——胚胎细胞重组
集中延伸（convergent extension）：细胞向背部 中轴线迁移，通过穿插重排，使前-后轴逐渐伸长。
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第三节 原肠作用——胚胎细胞重组
三、斑马鱼
下包完成30％的胚盘
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三、斑马鱼
机制： 9 微管系统控制卵黄合胞体层扩展； 9 卵黄合胞体层的扩展拉动包被层向下移动。
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三、斑马鱼
2. 胚层形成 胚环（germ ring）：包被层边缘加厚 9 外层-上胚层（epiblast） 9 内层-下胚层（hypoblast） 胚盾（embryonic shield）：上胚层和下胚层的
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一、海胆
II：集中延伸 原肠拉长，呈管状结构； 没有新细胞产生； 细胞穿插重排。
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海胆胚胎原肠伸长时期的细胞重排
早期原肠周长由20~30个细胞组成，至原肠 晚期，原肠周长只有6~8个细胞组成
一、海胆
III：次级间质细胞拉动原肠延伸至囊胚腔壁 产生于原肠顶端； 线状伪足；
四、两栖类
非洲爪蟾： 表层细胞 → 外胚层和内胚层 深层细胞（赤道区域表层细胞下方） →中胚层 有尾两栖类、某些蛙类： 赤道区域表层细胞和深层细胞 → 中胚层
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四、两栖类
非洲爪蟾囊胚外层细胞（A）和内部细胞（B）发育命运图谱
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四、两栖类
原肠作用的起始位点： 赤道缘区的灰色新月区（未来胚胎背部） 原肠作用的主要事件： 1）预定内胚层细胞内陷； 2）胚孔背唇逐渐形成； 3）赤道缘区细胞向胚孔背唇迁移； 4）细胞自胚孔背唇内卷，转移到胚胎内部并沿外层细
线上，形成神经龙骨（neural keel）；其余的上 胚层细胞发育成皮肤。
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三、斑马鱼
三、斑马鱼
完成下包90％时斑马鱼胚胎
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原肠作用结束，体节形成
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四、两栖类
¾ 不同种两栖类的原肠胚并不遵循同一方式 进行原肠运动
¾ 非洲爪蟾（Xenopus laevis）
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四、两栖类
1. 原肠作用时的细胞运动 研究方法： 活体染色示踪：将用活性染料（无毒）如中性红、硫
原肠作用（gastrulation）：胚胎细胞通过剧烈而 有序的运动，使囊胚细胞重组，形成由外胚层、中 胚层和内胚层3个胚层构成的胚胎结构的过程。 预定形成内胚层和中胚层的细胞转移到胚胎的内部； 预定形成皮肤和神经系统的外胚层细胞分布于胚胎 表面。
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第三节 原肠作用——胚胎细胞重组