发育生物学期末重点整理

发育生物学(developmental biology)：是应用现代生物学的技术研究生物的生殖、生长和细胞分化等发育本质的科学。

发育生物学的研究内容: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、衰老和死亡，即生物个体发育(ontogeny) 中生命过程发展的机制；生物种群系统发生(systematics development) 的机制。

发育生物学的主要任务是研究生物个体发育的遗传程序及其调控机制。

发育：指生命现象的发展，有机体的自我构建和自我组织。

个体发育：从受精卵(合子)开始，通过一系列的分裂和分化形成胚胎、产生有机体的所有细胞过程。

胚胎发育：从受精到出生之间有机体的发育。

分化:从一个单细胞受精卵通过细胞分裂和分化产生肌肉细胞、皮肤细胞、神经细胞、血细胞等所有的细胞表型，这些细胞差异性产生的过程称为分化
形态发生:不同表型的细胞构成组织、器官，建立结构的过程叫做形态发生
生长(growth) :则指生物个体大小的增加。

有机体通过生长发育成为成熟个体，再经过衰老(aging)，最后死亡。

个体发育的特征生物个体发育的特征是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。

卵裂: 受精后，受精卵立即开始一系列迅速的有丝分裂，分裂成许多小细胞即分裂球。

囊胚(blastula): 到卵裂后期，这些分裂球聚集构成圆球形囊泡状的胚胎。

原肠胚形成: 囊胚后期，胚胎产生一系列广泛的、戏剧性的细胞运动，细胞之间的位置信息发生改变。

\
图式形成: 胚胎细胞形成不同组织、器官和构成有序空间结构的过程称为图式形成
第一章
定型（commitment）: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。

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
特化（specialized）: 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命运已经特化了。

决定（determined）: 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命运已经决定了。

特化与决定的区别:
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。

而已决定的细胞或组织的发育命运是不可逆的。

自主特化：卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球胚中，分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。

这种定型方式称为自主特化
镶嵌型发育：以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为镶嵌型发育
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，称为胚胎诱导。

调整型发育：对细胞呈有条件特化的胚胎来说，如果在胚胎发育的早期将一个分裂球从整体胚胎上分离，那么剩余的胚胎细胞可以改变发育命运，填补所留下的空缺。

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。

形态发生决定子也称为成形素，或胞质决定子。

化学本质通常是一些转录因子或者它们的mRNA.
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，也称为胞质隔离或胞质区域化或胞质重排。

种质学说1883 年Weismann 提出了解释细胞分化的种质学说。

内容： 1.卵子和精子对新生有机体贡献出质量和数量等同的染色体，并且染色体是由各种能决定细胞发育命运的核决定子组成，携带全部的遗传物质；
2.受精卵分裂时，每个裂球都能分配数目相同的染色体，但组成染色体的核决定子不是均等地分配到每个裂球中，即每个裂球只接受了部分核决定子；
3.不同的核决定子在胚胎发育中分配到不同的细胞内，决定细胞的发育命运，使其发育成身体的某一特定部分；
4.只有最终发育成生殖细胞的细胞才接受全部的核决定子，以保持物种的稳定性。

诱导: 胚胎一个区域对另一个区域发生影响，并使后者沿着一条新途经分化的作用。

初级胚胎诱导: 动物胚胎发育过程中存在许多诱导作用，其中脊索中胚层诱导外胚层细胞分化成神经组织这一关键的胚胎诱导作用称为初级胚胎诱导。

第三章
细胞分化: 指多细胞有机体的细胞从简单、原始的状态到复杂化、异样化方向发展的过程，是通过细胞分裂产生结构和功能具有稳定差异的过程。

全能细胞：能够产生有机体的全部细胞表型的细胞。

如合子、海胆和有些动物的早期分裂球等。

分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。

多潜能细胞：基因表达受到一定的限制，发育潜能具有一定局限性，仅能分化为特定范围内的细胞。

如多潜能生血干细胞仅能分化成为淋巴细胞、单核细胞、粒细胞等。

转化：已分化的细胞转分化为其他细胞类型称为转化。

细胞分化的过程：全能细胞→多潜能细胞→分化细胞，也是基因选择性表达的结果。

细胞分化是基因差异性表达的结果，产生基因差异性表达的原因有两个方面：细胞内环境的差异影响核基因的表达和细胞外环境的影响。

不同组织细胞基因组相同的证据
1.遗传学证据遗传学研究表明，同一生物个体的细胞中的染色体和基因组是相同的。

来自同一个体不同组织和器官的细胞中的染色体数目是恒定的，即体细胞中染色体是双倍的，性细胞中染色体是单倍的。

（如果蝇幼虫的唾液腺细胞中的多线染色体）
2.胚胎学证据胚胎学研究表明，已分化的细胞仍具有发育成为其他细胞的潜能。

（蝾螈眼再生实验表明，已分化的细胞也具有分化为其他细胞的潜能。

）
3.分子生物学证据分子生物学的研究结果证明，不同组织的细胞具有完全相同的核基因组DNA。

（核酸分子杂交）
总结：这些遗传学、胚胎学和分子生物学的证据均说明，同一有机体的不同细胞，无论是已决定的细胞或已分化的细胞都与未分化细胞核相同，都具有全部发育的潜能，具有相同的全套基因结构，即它们的基因组相同。

核潜能的限定胚胎学家将不同发育时期两栖类胚胎细胞的核移植到去核卵中，结果可使发育开始和进行正常卵裂。

Briggs和King (1952, 1960) 用豹蛙(Rana pipiens)进行核移植实验，将未分化的囊胚期核移植进激活的去核卵，结果有60%的移植核能够指导正常卵裂形成囊胚，其中80% ~ 85%继续发育形成正常蝌蚪。

说明囊胚期细胞核有全部发育的潜能。

发育时期越晚，体细胞核指导发育成蝌蚪的百分率越小。

基因组相同的例外—基因组的改变
1 . 染色质消减（蛔虫体细胞的前体细胞）
2.基因重排（淋巴细胞分化过程中发生了免疫球蛋白基因重排）
3.基因扩增（广泛存在于许多动物的卵子发生中，另外发现果蝇编码卵壳蛋白的基因也有扩增的现象。

）
差异基因表达的调控是通过以下几个水平完成：差异基因转录：调节哪些核基因转录成RNA ；核RNA 的选择性加工：调节哪些核RNA 进入细胞质并加工成mRNA ；核RNA 的选择性加工：调节哪些核RNA 进入细胞质并加工成mRNA ；mRNA 的选择性翻译：调节哪些mRNA 翻译成蛋白质；差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成功能性蛋白。

基因表达的时间特异性是指某些基因只在发育的某个特定时期或某些时期有活性，在其他时期则是无功能的基因。

基因表达的时间特异性是指某些基因只在发育的某个特定时期或某些时期有活性，在其他时期则是无功能的基因。

基因表达的空间特异性是指基因表达的组织特异性。

基因是能够产生一条多肽链或者功能性RNA 所必需的核苷酸序列
启动子和增强子都是顺式调控元件。

反式作用因子是可溶性的分子，包括具有调控作用的蛋白因子和RNA 。

增强子:是另一类具有顺式调控作用的DNA 序列。

转录因子:是基因调控的反式作用因子，是能与启动子和增强子结合的蛋白质。

激素效应元件:能与激素受体蛋白特异结合的DNA 序列称为激素效应元件
核RNA 又称为异质性核RNA (hnRNA)。

Hn RNA 相对分子量比mRNA 大，半衰期也较短。

动物基因组DNA 转录较大的细胞核RNA (nRNA) 作为胞质mRNA 的前体。

同种细胞nRNA 的复杂性明显大于mRNA 的复杂性
翻译过程:是以mRNA 核酸序列所包含的信息来指导特定多肽的过程。

这一过程分为三个阶段：起始、延伸和终止。

分别被称为起始因子、延长因子和终止因子等可溶性蛋白所调控。

mRNA 寿命的不同对蛋白质合成的调控 : 通过mRNA 选择性降解和mRNA 稳定性不同来调控蛋白质的合成 mRNA 的寿命由其3´-末端非翻译区的序列决定
前体原生殖细胞 (primordial germ cell ，复数为 PGC s ) ：生殖细胞的前体。

生殖嵴 (genital ridge)：生殖腺原基 (genital anlage) 原生殖细胞只有经过迁移进入发育中的生殖嵴才能分化成为生殖细胞。

生殖质：具有一定形态结构的特殊细胞质，主要由蛋白质和RNA 构成。

具有生殖质的细胞将分化成为原生殖细胞。

精子发生 脊椎动物的 PGCs 一旦到达雄性胚胎的生殖腺原基就立即进入性索，然后停留在那里直到成熟。

精子发生的过程在支持细胞的深凹处进行，支持细胞起滋养和保护作用。

哺乳动物精子发生的过程 PGCs 分裂形成精原细胞 A1;A1：能分裂复制自身并产生另一类细胞的生殖干细胞;
从A1到精子细胞 的分裂过程中，细胞 不断远离曲精细管的 基膜，接近曲精细管 的管腔。

精子形成 精子细胞必须经过精子形成的分化过程才能成为成熟的精子。

通过精子的形成，使精子具备运动能力和与卵子相互作用的能力。

哺乳类精子的分化过程: A1 A 2 A 3 A4 过渡型精原细胞
精原细胞B 初级精母细胞 次级精母细胞 精子细
胞
顶体(acrosome)的形成：由高尔基复合体构建成的囊状结构；
由中心粒构成鞭毛；细胞核染色质凝集，大部分细胞质成分被抛弃，线粒体环绕鞭毛基部形成环状。

哺乳动物动物卵子发生的过程
原生殖细胞进入胚胎卵巢后分化成为卵母细胞，通过几次有丝分裂进入第一次减数分裂前期。

此时不再进行细胞增殖，卵母细胞迅速生长，体积增加约100 倍。

在成熟的雌性个体中，卵母细胞进一步发育并形成质膜下皮质颗粒层。

由于卵巢内激素的作用，卵子继续成熟，停留在第二次减数分裂中期等待受精。

第二次减数分裂的完成是在受精以后。

经过减数分裂，一个卵母细胞形成一个卵子和三个极体。

精子与卵子发生过程的差异
1.通过精子发生形成的配子是一个“能运动的细胞核”，由卵母细胞形成的配子含有启动发育和维持代谢所需要的全部元件。

2.卵子发生(oogenesis) 的过程除形成单倍体的细胞核外，还要建立由酶、mRNA、细胞器和代谢产物等组成的细胞质库，具备十分复杂的细胞质体系。

3.卵母细胞有一个很长的减数分裂前期，使卵母细胞充分生长。

4.与精母细胞减数分裂相比，卵母细胞减数分裂的另一个特点是两次成熟分裂都是不均等分裂（这种不均匀分布是卵黄小板在卵内的移动产生的。

）
月经周期：灵长类卵子的成熟和排卵的阶段性称为月经周期
雌性激素在调控月经周期的过程中的作用：1.引起子宫黏膜开始增殖，促进其中血管的形成；
2.引起子宫黏膜开始增殖，促进其中血管的形成；
3.在引起垂体降低FSH 产生的同时，使滤泡细胞表面的FSH受体数目增多，同时促进滤泡细胞释放多肽激素抑制因子，抑制垂体释放FSH；
4.在低浓度时抑制LH 的产生，在高浓度时刺激LH 的产生；
5.在长时间持续极高浓度时，雌激素作用于下丘脑，引起后者分泌促性腺释放因子。

受精(fertilization)：两性细胞融合并创造出具备源自双亲遗传潜能的新个体的过程。

受精过程包括两种不同的活动：性活动(源自双亲基因的组合) 复制活动(新生物体的产生)
精子获能：指射出的精子在生殖道中若干获能因子作用下，精子膜发生一系列变化(如吸附于精子膜表面的精液蛋白的去除，膜表面蛋白的重组等)，进而产生生化和运动方式的改变。

获能后精子穿越卵细胞周围的滤泡细胞透明带的能力提高，这是精子发生顶体反应的前奏。

顶体反应的调控机制（1）离子调控在离子调控中Ca2+起主导地位。

Ca2+的贮存区是顶体反应的激烈区。

Ca2+内流是早期顶体反应的关键。

除Ca2+的调控之外，K+、Mg2+、Cl－、H+也对顶体反应起调控作用。

2）脂质调控调控膜的流动性和钙泵的活性。

3）磷酸肌醇调控多磷酸肌醇的产物是诱发顶体反应的第二信使。

卵激活: 经精子刺激，成熟卵从休眠状态进入活动状态，称为卵激活
卵裂方式是由两个因素决定:卵质中卵黄的含量及其分布情况；卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子。

哺乳动物的卵裂特征：卵裂速度缓慢；卵裂球排列方式很独特；早期卵裂不同步；哺乳动物在早期的卵裂过程中，合子基因组就已开始活动，合成卵裂所必需的蛋白质。

哺乳动物与其他类型卵裂之间最关键的区别是存在紧密化现象。

紧密化的机制紧密化为哺乳动物发育中第一次分化的外部条件，相邻细胞间的表面间作用是导致细胞紧密化的原因。

1.专一的细胞表面分子(糖蛋白E- cadherin)2. 细胞骨架的重组
异卵双生：是两个卵分别受精的结果。

同卵双生：同卵双生则源于同一胚胎，早期胚胎细胞由于不明原因相互分离导致产生双胞胎。

胚胎干细胞:当内细胞团细胞被分离，并在一定条件下生长时，它们会在培养过程中保持未分化的特征，并可持续不断地分裂，这些细胞称为胚胎干细胞。

卵裂周期的调控影响因子：1.促成熟因子(MPF)--具备恢复减数分裂的能力；Cdc2激酶、细胞周期蛋白、Cdc25磷酸酶、其他细胞周期蛋白和依赖周期蛋白激酶
哺乳动物，经过特殊形式的卵裂形成的胎盘能提供胚胎营养。

对大多数动物而言，早期卵裂是由源自卵母细胞的因子调控的，即母型调控；晚期卵裂则是由合子基因表达产物调控的，即合子型调控。