生物综述:不同生物的再生能力

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不同生物的再生能力
目录
•细胞全能性 •植物的再生能力
(1)低等植物 (2)被子植物
a,根 b,茎 c,叶
•动物的再生能力
(1)爬行动物 (2)两栖动物 2015-1-10 (3)哺乳动物和鱼类
细胞全能性是在多细胞生物中每个体细 胞的细胞核具有个体发育的全部基因, 只要条件许可,都可发育成完整的个体。
哺乳动物再生能力
墨菲罗斯大鼠(Murphy Roths Large)是在1999年发现小鼠属 中表现再生能力最强的品种。 这种能力使得它们免于心肌梗 死。这种能力与与p21基因的失 活有关。
山鼠是一种长得像松鼠般的小型 哺乳动物,当它被猛兽抓住了尾 巴时,会把尾巴“褪掉”。这一 点与壁虎十分相似。毛茸茸的皮 从尾巴上滑下来,山鼠带着光秃 秃的尾巴逃跑了。掉了的尾巴不 会流血,而且还能很快的长出新 的尾巴。
动物细胞全能性
对于高等动物来说,说到细 胞能性人们往往仅从生殖细 胞、干细胞、肿瘤细胞来认 识细胞的全能性。
1938年,德国胚胎学家诺贝 尔生理学或医学奖得主施佩 曼就提出细胞核移植的想法 来实现动物克隆( 即无性生 殖的方式产生后代) 的思想。
动物细胞全能性
1962 年,格登应用完全分化的成年爪蟾肠上皮细 胞为材料进行核移植,结果获得大量与提供上皮 细胞的爪蟾遗传物质完全一致的蝌蚪,这个结果 进一步证明爪蟾肠上皮细胞的全能性,从而否定 了细胞在分化过程中全能性逐渐丧失的观点。
藻类植物:多细胞藻类通 常任意足够长度的片段都 可以再生。 蕨类植物:一些蕨类通常 会利用其再生能力创造无 性繁殖的条件
被子植物的再生能力
根的再生能力:一些切成段的根可以再生出新植株。旋
花科田旋花通常可以利用它的根发育出新的植株,作为田间 杂草,锄头的每一次挖刨都可能给田旋花的繁殖提供机会。 兰科植物拥有肉质的根比如石斛,在另外一些比如菊科,胡 桃科,牻牛儿苗科,还有茎极短的如罂粟科,报春花科的物 种都拥有根的再生能力。
苦苣苔科植 物非洲堇, 大岩桐等通 常利用叶插 繁殖
天南星科的 豆瓣绿,景 天科和大戟 科的肉质叶 都有再生能 力
爬行动物再生能力
首先想 到的就 是壁虎 了~ 壁虎逃生的绝技就是扔掉尾巴, 在它遇到强敌或被敌害咬住时, 挣扎一番后就自动将尾巴脱落, 离开身体的尾巴还不停地抖动, 以达到迷惑敌人、趁机它自己却 逃之夭夭,而过些时候,壁虎的 尾巴又能完好如初。 断尾的地方并不 是在两个尾椎骨 之间的关节处, 而发生于同一椎 体中部的特殊软 骨横隔处。
研究发现,蝾螈断肢创口周围 的皮肤、肌肉、骨骼等各种细 胞会聚集到一起,从成体细胞 反向变为“幼年”细胞,形成 具有再生能力的芽基细胞群。 尽管这些芽基细胞看起来都差 不多,但它们都记住了各自的 来源,从肌肉细胞而来的仍再 生为肌肉细胞,从神经鞘细胞 而来的仍再生为神经鞘细胞。 更令人惊奇的是,从蝾螈肢 体末端取下的软骨细胞,在移 植到上臂部位后,居然慢慢移 到了与其原有位置相对应的地 方,证明这种细胞具有记忆位 置的功能。
格登和山中伸弥突破性的发现完全改变了 我们对细胞发展和细胞专业化的看法,我 们现在知道,成熟的细胞不会永远局限于 其专门的状态。
综述
格登和山中伸弥的开拓性发现证明了分化细胞可在 特定环境下恢复到全能状态。科学家将不同细胞间 的转换称为重编程。这证明了经典的动物细胞发育 单向性观点的错误,对深入理解细胞发育具有十分 重要的意义。
随着转基因技术的不断完善发展,胚 2006年山中伸弥报道了小鼠诱导干细胞, 胎干细胞的发现,能否利用转基因技 引起科学界轰动,2007年,他在人的细胞 术使细胞转变为干细胞从而恢复全能 中同样实现了细胞 命运的逆转。 性成为一大挑战,山中伸弥首次使这 一想法在实验室实现,将老鼠体内完 整成熟的细胞重新编程成为未成熟的 干细胞。
硬枝 扦插
• 二年生或三年生的木质化的老枝中通 常储存较多养分,利于根的形成,也 可以体现高等植物中完全分化的细胞 仍然具有细胞全能性和再生能力
茎的扦插
常见园艺花卉通常用扦插繁殖以保留物种基因的稳 定性。蔷薇科,芸香科,木犀科,摩萝科,葡萄科, 山茶科,杜鹃科通常使用硬枝扦插,而菊科,牻牛 儿苗科,茄科,蔷薇科,苋科,石竹科,豆科,菊 科通常使用嫩枝扦插。
斑马鱼的 再生能力
华盛顿大学的科学家们通过追踪断 掉的鱼鳍中个体细胞的行为,鉴定 出另外一种斑马鱼再生策略。一种 可能是,组成鱼鳍的成熟神经细胞、 骨细胞和皮肤细胞会回复成为干细 胞。然而这项研究表明成熟细胞在 再生的过程中维持着它们的身份。 这一发现表明引导现存的细胞再次 生长可能是取代失去或者受伤组织 的一种附加策略。
这种特殊横隔构造在尾椎骨 骨化过程中形成,因尾部肌 肉强烈收缩而断开。软骨横 隔的细胞终身保持胚胎组织 的特性,可以不断分化。所 以尾断开后又再生出一新的 尾巴。
2015-1-10
壁虎是一种小型蜥蜴,那么其 它蜥蜴有没有再生能力呢?
蜥蜴亚目在全世界约有6000 多种,20个科。但不是所有 的都有自截及再生能力。
鸟类的再生能力
南加州大学的研究人员对鸟类羽毛 毛囊组织的生长过程进行了细致研 究,结果发现,毛囊组织内富含再 生能力的干细胞群,这些干细胞群 位于在羽毛根部的组织里。
参与这项研究计划的科学家发现,鸟类羽毛 的毛囊组织和人类的毛囊组织并不相同;同 时,鸟类身体侧边的毛囊组织和翅膀上的毛 囊组织也有很大的差别。其中最主要的差别, 在于毛囊周边有干细胞的排列,也就是说, 毛囊组织附近干细胞环状排列的位置与方向 会决定该干细胞的命运,成为决定分化发育 的关键。
两栖动物的再生能力
蝾螈的再生能力
蝾螈具有断肢再生的能力。但是问题来了,为什 么断肢的地方不会长出一条尾巴呢?英国《自然》 杂志刊登的一项研究说,蝾螈的各种细胞具有记 忆所属机体组织的能力,可良好地“专业分工”, 帮助断肢再生。 《自然》杂志刊登的这项由德 国和美国等国科学家进行的研究指出,研究人员 利用基因技术向一种名为墨西哥钝口螈的蝾螈体 内植入绿色荧光蛋白,再将相关细胞移植到有断 肢的墨西哥钝口螈体内,这样就可以通过追踪荧 光蛋白观察断肢再生的过程。
被誉为“植物组织培养之父”的德国著名植物生理 学家和植物学家哈勃兰特早1902年就提出植物细胞 具有全能性的理论。
经各国科学家近百年的辛勤探索, 最终发 现几乎所有植物的根、茎、叶、花、果 实和种子等不同器官、组织都能被离体 培养。 并发育成新的植株。 1958 年, 由美国植物学家斯图尔德等 人用胡萝卜根韧 皮部的细胞进行培养, 得到了完整植 株, 并开花结实。 首次证实哈伯兰特在50多年前关于细 胞全能性的预言。
两栖动物的再生能力
蝾螈芽基组织 在形成新肢体中起到的作用
短暂的出血后,随后创 面周围的表皮细胞迅速 活化增值,并在24h内 快速迁移覆盖创面,形 成一层相对较厚的顶端 上皮帽,它对后续芽基 的发生形成是必须的。 芽基的形成,一般认为 芽基组织主要由一群未 分化或低分化的间充质 细胞构成,最终在肢体 残端形成一个半透明、 呈圆锥形的结构。
以我国分布的九科为例,睑 虎科,壁虎科,石龙子科, 蜥蜴科和蛇蜥科的种类的尾 部能够自截及再生。而鳄蜥 科,巨蜥科等四类无此能力。
可是问题来了
科学研究者发现随着细胞分化越高级越难以表现其全能性,而核移 植技术过程中必须利用卵细胞,而该技术在应用于实际生活(特别 是床)会造成许多伦理问题,因此避开卵细胞而直接将分化细胞转 化成全能细胞则具有重要意义。
有两种刺毛鼠属,分别 是Acomys kempi与 Acomys percivali,能够完 全再生由受损的组织。 这些物种可再生毛囊、 皮肤、汗腺、毛皮和软 骨。
刺毛鼠属
鱼类的再生能力
蓝白条纹的斑马鱼能够长 到大约3.8厘米长,它能够 重生鱼鳍。杜克大学医学 院的科学家们培育了生骨 细胞损耗一空的斑马鱼。 研究人员期望,当这些成 功细胞缺乏的鱼失去鱼鳍 时,它们就不能够和那些 正常成骨细胞水平一样快 速的再生。令人惊奇的是 试验中的所有斑马鱼都以 正常的速度再生了鱼鳍。
幼稚前体细胞分化, 断肢末端逐渐伸长重 构新的组织,并且准 确调节完成血管神经 的再支配,最终发育 形成一个具有完整构 造及功能的新肢体。
两栖类的再生能力
花背蟾蜍截肢一天后
此四图为再生组织的生长在一周内变化的 显微图,靠右的为其放大图,可以清晰的 看见愈伤组织的变化和修复。
参考文献
【1】丁硕、张琦、刘战民和黄俊逸《动物细胞全能性的研究》《中国科学》杂志社 2012年第42卷第7期517~527 【2】张慎, 郭陶然, 邓志瑞等《植物开放式组织培养的研究进展》安徽农业科学 , 2010, 26: 14281~14284 【3】郭晓强、冯志霞《动物细胞全能性研究的先驱——格登》《生物学通报》 2010年第45卷第6期 【4】董丙君《蜥蜴断尾及再生研究》中国图书分类号Q959-6+2,文献标识码:A 【5】原文来自《自然》杂志《 Cells keep a memory of their tissue origin during axolotl limb regeneration 》,原作者为Elly Tanaka 【6】 《 人民日报 》( 2011年11月26日 03 版) 【7】K. Kenneth Hisaoka; Helen I. Battle. The normal developmental stages of the zebrafish, brachydanio rerio (hamilton-buchanan). Journal of Morphology. 6 Feb 2005, 102 (2): 311 – 327 [2009-03-21]. doi:10.1002/jmor.1051020205 【8】张卓航 姜振宇 杨忠 肢体再生——来自有尾两栖类的认知 1004-0374(2012)10-1202-05 【9】Sergius Kuzmin, Masafumi Matsui, Liang Gang, Irina Maslova. 2004. Pseudepidalea raddei. In: IUCN 2010. IUCN Red List of Threatened Species. Version 2010.3. Downloaded on 2010-10-6.
块茎,鳞茎繁殖
• 块茎和鳞茎的无性繁 殖也是能够很好体现 植物再生能力的实例。 拥有块茎的植物可以 通过生出不定芽不定 根再新生植株:马铃 薯,天南星科,姜科 和鸢尾科。拥有鳞茎 的植物可以通过鳞片 生出植株:代表百合 科,石蒜科,酢酱草 属的植物
叶的繁殖能力
• 叶在被子植物中作为营养器官其细胞已完全分化,著名的 景天科植物“落地生根”落地生根的肉质叶脱落到合适的 环境中会重新在脱落处发育出新的植株。广泛的现象是很 多肉质的叶在从母体上脱落后在适宜环境中都会重新生出 根和芽。
被子植物的再生能力
块根通常也具有再生能 力:拥有块根的植物可 以通过不定芽重新生成 植株:菊科大丽花,毛 茛科花毛茛,旋花科红 薯。但只有在拥有不定 芽的情况才能萌发出新 的蘖。根会产生细胞分 裂素,而块根中的营养 也有利于芽的生长。
茎的扦插
嫩枝 扦插
• 大多数草本植物都可以起源于植物顶 端的嫩枝被折断落入土壤后会萌生出 根,与生长素的分布和不定根在茎上 的形成有关
一般认为自截可以发生在任何部位, 但 断尾的地方并不是在2个尾椎骨之 间的关节处。而发生于同一椎骨的特 殊软骨 横隔处,这种特殊横隔构造在 尾椎骨。骨化过程中形成,因尾部肌 肉强烈收缩而断开。软骨横隔的细胞 终生保持着胚 胎组织的特性,可以不 断地分化。所以尾断开后又可以自行 长出一条新尾。
2015-1-10
1997 年克隆羊“多利” 的诞生首次证明了哺乳 动物细胞也有全能性。
低等植物植物的再生能力
低等植物通常拥有很强的繁 殖能力,藻类植物和苔藓植 物由Байду номын сангаас细胞分化不够彻底还 保留较好的细胞全能性,蕨 苔藓植物:再生能力很强, 类植物通常利用其再生能力 能够迅速得到大量的繁殖 繁殖比如鹿角蕨,波士顿蕨 体。 等。
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