第2讲_细胞命运的决定

其作用机制。
三：线虫
• 最常见的形态发生决定子可能要算生殖细胞决定
子。即使在蛙类等的调整型卵子中也存在着生殖
细胞决定子。 • 生殖细胞决定子在卵裂时分配到一定的裂球中， 并决定这些裂球发育成生殖细胞。
• 副蛔虫(马蛔虫，Parascarisaequorum)第一次卵 裂形成的动物极裂球发生染色体消减 (chromosome diminution)，而植物极裂球仍保持
• 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或 发育命运。 • 胚胎发育初始阶段，细胞可能具有不止一种分化潜 能，和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制了它们 的发育命运，使它们只能朝一定的方向分化。细胞 命运的这种定型方式称为有条件特化(conditional specification)或渐进特化(progressive specification) 或依赖型特化(dependent specification) 。
• 据此，Boveri认为副蛔虫卵子植物极胞质
中含有某些物质能保护细胞核染色体不发 生消减，并决定有关裂球形成生殖细胞。
副蛔虫卵子植物极胞质中所含的能决定生
殖细胞形成的物质叫生殖质(germ plasm)。
• 秀丽新小杆线虫胚胎细胞命运主要由卵内细胞质可 能含有“转录因子”样形态发生决定子SKN－1蛋 白质。
红细胞
白细胞 血小板
部分 已分 化细 胞的 类型、 特征 产物 及其 功能
• 在胚胎早期发育卵裂过程中，卵裂
球所含细胞质成分不同，最终导致
分化的方向发生了变化。
• 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(cell differentiation)。
• 细胞在分化之前，将发生一些隐蔽的变化，使细胞
软体动物 的极叶。 A，第一 次卵裂前 极叶的扫 描电镜照 片；B， 三叶期胚 胎的极叶。
Dentalium卵裂过程中极叶凸出和缩回各发生两次
• 去除极叶，剩下的裂球虽然能正常分裂，但是不
能形成正常的担轮幼虫（trochophore larva），而 是发育成缺乏中胚层器官－肌肉、口、壳腺和足 的幼虫。因此Wilson认为极叶中含有控制D裂球特 定分裂节奏、分裂方式以及中胚层分化所必需的
第二节、细胞命运通过相互作
用渐进特化
• 胚胎诱导：胚胎一部分细胞对邻近
另一部分细胞产生影响，并决定其
分化方向的作用。
• 种质学说：Weismann假定染色体由各种能决定细
胞发育命运的核决定子组成。受精卵分裂时，虽 然每个裂球内都分配有相同数目的染色体，但只 接受了部分核决定子，所以只发育成身体的某一 特定部分。仅预定生殖细胞接受全部的核决定子，
海鞘 分裂 球的 决定 谱系
海鞘
的肌
肉细
胞谱
系
柄海鞘镶嵌 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。
• 我国学者童第周（1977）在海鞘卵子受精后 把受精卵一分为二。其中一个无核卵块作为 受体，分别把原肠胚或尾芽期幼虫的外胚层、 中胚层和内胚层的细胞核移植到受体中。结 果所形成的组织总是和无核卵块含有的细胞 质组分有关，与细胞核无关。
• 某些呈螺旋卵裂的胚胎（主要是软体动物和环节动
物）在第一次卵裂时卵子植物极部分形成一个胞质
凸起，称为极叶（polar lobe）。第一次卵裂结束
时，极叶缩回。第二次卵裂开始前，极叶再次凸起，
第二次卵裂完成时，再次缩回，此后极叶的出现就
不明显了。极叶的形成是卵裂期间一种过渡性的形
态变化，是卵内部物质流动所引起的。
决定子。
用细胞松弛素（cytochalasin ）抑制极叶形成将形成两个联体胚胎
• 存在于极叶中的形态发生决定子可能位于卵子皮层 或细胞骨架上，卵子可扩散的细胞质（diffusible cytoplasm）不含形态发生决定子。
• 极叶还含有决定胚胎背腹轴形成的物质。极叶对软
体动物正常发育十分重要，但迄今为止，仍不清楚
skn-1突变体中肠和咽部的缺陷
四、昆虫不育基因研究
•Leabharlann Baidu果蝇的极质（生殖质）：gcl基因（germ cell-
less）。野生型gcl基因在果蝇卵巢的营养细胞中转
录，通过环管（ring canal）运至卵子中。gcl mRNA一旦进入卵子，便进一步迁移到卵子的最 后端，定位于称为极质的细胞质中。
能将亲代性状传递给子代，并保持物种的稳定性。
将组成有机体的细胞分为：体细胞和生 殖细胞
– 体细胞从生殖细胞发育而来，随个体的死亡而死 亡 – 生殖细胞是世代相传、永生的，不受体细胞和环 境的影响
海胆扰乱卵裂过程实验：
• 4c放在两块玻璃片之间轻压，使第3次
卵裂由纬裂变为经裂，仍发育正常 • 说明；裂球在整体胚胎中的相对位置， 可以决定其发育结果
朝特定方向发展，这一过程称为定型(commitment)。
Slack(1991)建议将定型分为特化(specification)和决
定(determination)两个时相。
• 细胞的发育命运的决定是一个渐进的过程。
胚孔
原肠胚
• 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，就可以
正常数目的染色体。
• 第二次卵裂形成的两个植物极裂球开始都有正常
数目的染色体，后来靠近动物极裂球的染色体在
下一次卵裂前又发生消减。只有一个最靠近植物 极的裂球含有全数染色体（全套基因）。 • 全数染色体只存在于将来形成生殖细胞的裂球里。
副蛔虫正常受精卵（A）和经离心处理的受精卵（B） 分裂时生殖质的分布。
第一节 细胞命运通过形态发生决定子自主特化
• 柄海鞘的发育为一种典型的镶嵌型发育，其卵裂
球的发育命运是由细胞质中储存的卵源性形态发 生决定子决定的。柄海鞘8细胞期胚胎卵裂球的发
育命运已发生决定。
脊髓 脊索
海鞘（Phallusia mammillata）受精时胞质定域的分离
海鞘的三种组织的决定子运动之比较
• 海胆胚胎除了具有典型的调整型发育特点之 外，也显示出某些镶嵌型的特点。如果将胚 胎沿原先的赤道面分隔为两半，则两部分都 不能发育为完整的幼虫。 • Horstadius进行了胚胎学史上的一个最引人 注目的实验，他首先研究了海胆64细胞期胚 胎每一层细胞的发育潜能。
海胆的调整型 发育过程中也 存在镶嵌式发 育的成分。
两栖类发育调控
• 胚胎细胞的渐进决定： –Hans Spemann –蝾螈胚胎
• 实验一：蝾螈卵裂期的核等同性
实验二：含灰色新月的裂球才能正常发育
实验三：细胞移植互换实验：早期原肠胚：依赖型发育； 晚期原肠胚：自主型发育
二、初级胚胎诱导
• 由脊索中胚层诱导外胚层细 胞分化成神经组织
背唇（组织者）移植实验→次生胚胎
• 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。
SKN－1在胞质中的定位。SKN－1存在于P1细胞谱系中。 mex－1突变体中，SKN－1分布于所有裂球中。
• 海胆的发育是典型的调整型发育。在4细胞
期或8细胞期分离卵裂球，细胞也能发育为
完整的幼虫，只不过幼虫体积较小。其每一
个卵裂球在被分离后，都能调整自身的发育，
以形成一个完整的机体。
海胆各卵裂球的发育命运图
Driesch的海胆胚胎分离发育实验。A，正常长腕幼虫， B，单个胚胎细胞发育而成的长腕幼虫。
第二章 细胞命运的决定
毕可然
bikeran@yahoo.cn
• 动物有机体是由分化细胞（specialized cell）组成的。 • 分化细胞不仅形态多样，而且功能各异。
疏松结缔组织的细胞种类
巨噬细胞 成纤维细胞 脂肪细胞
纤维细胞
淋巴细胞
嗜酸性粒细胞 浆细胞
大 鼠 脾 脏 的 树 突 状 细 胞
半个8细胞期海胆胚胎的发育。A，沿赤道面将胚胎分 为两半，B，沿动植物极轴将胚胎分为两半。
海 胆 受 精 卵 的 不 对 称 性
海胆64细胞期胚胎各 部分细胞的组合发育 （Horstadius, 1939）。 A，正常发育；B，分 离的动物半球的发育； C，动物半球与veg1细 胞的组合发育；D，动 物半球与veg2细胞的 组合发育；E，动物半 球与小卵裂球的组合 发育。 在每一种组合中，都 有细胞相互作用而改 变原定的发育命运的 现象。
达对于果蝇极质的形成具有重要的作用。 • 至少有8种基因的突变会导致果蝇不能形成极质，
不能形成生殖细胞，因此是不育（sterile）的。
五、两栖类生殖细胞的特化
• 林蛙（Rana temporaria）受精卵的植物极皮层区
域含有和果蝇卵中极质类似的物质，在发育过程 中流入少数几个预定内胚层细胞，最终迁移到生 殖嵴内。用UV照射卵子植物极产生的蝌蚪缺乏生 殖细胞，移植植物极细胞可使受体胚胎发育成的 蝌蚪是能育的。
亨氏结诱导形成新胚轴
• 初级胚胎诱导的过程：
–第一阶段：受精时，在精子入卵点的对 面，植物极裂球被激活构成Nieuwkoop 中心。 –第二阶段：Nieuwkoop中心的细胞后裔 诱导其上的细胞形成SpemannMangold组织者（背唇）；其余植物极 细胞诱导其上面的缘区细胞形成侧面和 腹面中胚层。
胚胎细胞的定型有两种主要方式：
• 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。这种定型方式称为自
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。
说这个细胞或组织已经特化(specialized)了。
• 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已经决定
(determined)了。
特化的细胞或组织环境改变后可按发育命运发育
• 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， 某一组织或器官的原基(anlage)首先必需获 得定型，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。
• 一般来说，在多数无脊椎动物胚胎发育过 程中，主要是细胞自主特化在发生作用， 细胞有条件特化次之；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。
• Conklin（1905）通过跟踪柄海鞘裂球的发育 命运发现：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。
β-catenin决定海胆植物极细胞的发育命运。
两栖动物的调整型发育 • Spemann（1938）发现在蝾螈的发育中也存在调整 型发育的情况。
蝾螈受精卵的结扎实验说明两栖类早期胚胎的细胞核 具有遗传上的等同性（genetically identical）。
两栖动物卵的不对 称性。 改变结扎的方向， 沿未来的背腹轴将 受精卵结扎，只有 含有灰色新月区细 胞质的背侧半球能 发育成完整胚胎。 说明灰色新月区对 胚胎发育是不可缺 少的。两栖类动物 的胚胎发育也具有 镶嵌发育的特点。
• Nanos基因。位于卵子后端，Nanos蛋白是果蝇形 成腹部所必需。缺乏Nanos蛋白的极细胞不能迁 移到生殖腺中，因而不能发育成生殖细胞。 • oskar基因在果蝇极质的形成和装配过程中起着极
其重要的调控作用。Oskar基因将其mRNA定位于
胚胎的后极。
• 有些母体效应基因（maternal effect gene）的表
二：软体动物
• Wilson把帽贝（Patella coerulea）早期裂球分离， 发现分离裂球不仅发育命运而且分裂速度和分裂 方式都和留在完整胚胎内的相同裂球一样。分离 裂球本身不但含有决定分裂节奏和分裂方式所必 需的全部物质，而且还含有不依赖于胚胎其他细 胞而进行自我分化所必需的全部物质。
帽贝成纤毛细胞（trochoblast cell）的分化