发育生物学

思考题2发育生物学的发展基础及过程如何？研究哪些问题？发展基础：胚胎学、遗传学、细胞生物学。发展过程：形态→机理；组织器官→细胞→分子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。同时，也研究生物种群系统发生的机制。3细胞学说对发育生物学发展的作用5生物发育的主要过程和基本规律是什么？A）细胞分裂：细胞分裂快、没有细胞生长的间歇期，因而新生细胞的体积比母细胞小。B）图式形成：(1)躯体轴线的制定；(2)胚层的形成C）原肠作用：最突出的形态变化发生在原肠作用开始之后。D）细胞分化:人类胚胎可最后发育出至少250种不同细胞类型，分化通常是不可逆的。E）细胞生长：胚胎在基本的pattern形成之后，其体积会显著增长，原因在于细胞数量增加、细胞体积增加、胞外物质的积累。不同组织器官的生长速度也各异。基本规律：受精→卵裂→原肠胚形成→神经胚形成→器官形成(organogenesis)→幼体发育→生长为成体幼体→成体经历变态发育基因控制细胞行为是通过控制细胞中的蛋白质的产生而实现的,管家蛋白几乎存在于所有类型细胞中，通常用于产生能量、在代谢途径中生成或降解产物，如组蛋白及转录或翻译中所必需的蛋白因子。组织特异性蛋白存在于特殊类型细胞中，从而赋予细胞特定的活性。如血细胞中的血红蛋白－输氧、肌肉细胞合成肌凝蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白（myosin、actin、tropomyosin）为收缩提供能量。包括酶、生长因子、受体蛋白、结构分子。细胞可从多个方面来控制蛋白质的合成。胚胎发育过程中，细胞的命运与细胞所处位置有关，胚胎发育早期，细胞发育潜能更大。神经胚期的细胞命运已经决定。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一信号发生不同反应。1.发育生物学:发育生物学是一门研究生物体从精子和卵子发生、受精、发育、生长到衰老、死亡等生命的变化过程及其机理的科学。镶嵌发育:合子中的大量特殊因子在细胞分裂中不均等分配，导致了不同细胞向不同命运的发育(魏斯曼)调整型发育:胚胎具有在局部被排除或受损伤后仍正常发育的能力，即胚胎发育是可调节的（调整型发育）胚胎诱导:图式形成:躯体轴线的制定胚胎细胞形成不同组织、器官，构成有序空间结构的过程称为图式形成形体模式:2发育生物学的发展基础及过程如何？研究哪些问题？3.细胞学说对发育生物学发展的作用细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念4研究发育生物学主要模式生物有哪些？各具有什么特点？果蝇:主要优点a.生命周期短（12d）b.体积小，易于繁殖；(2mm)c.产卵力强；d.性成熟短，幼虫存在变态过程；e.易于遗传操作:如诱变；突变多（4对染色体）f.基因组序列已全部测出线虫:a.易于养殖：成虫体长1mm，易冷冻保存；b.性成熟短：一般为3.5天，两种成虫(雌雄同体和雄体)；c.细胞数量少，透明，谱系清楚；d.易于诱变；e.基因组序列已全部测出(脊椎动物意义:由于是脊椎动物，与人类的关系更为密切，其发育模式及调控机制与人类及其他动物更相似。因此，有关脊椎动物的卵子发生、体轴决定、受精激活、卵裂育种囊胚转换、原肠形成、神经胚形成、器官发生、核移植及体细胞克隆等有关分子发育生物学原理和知识基本上都来自爪蟾这一模式生物的研究结果。)非洲爪蟾:a.性成熟短；b.易于人工繁育（生活在水中，体长7cm）；c.卵体大（d=1-2mm），易于操作（体外受精，体外发育）d.抗感染力强，易于组织移植；（是古老的四倍体生物，36条染色体，缺点。目前有可能热带爪蟾Xenopustropicalis代替）热带爪蟾:a.属于爪蟾属中唯一的二倍体物种，单倍体基因组只有1.78pg或1.7×109bp，与斑马鱼的基因组相当（1.8×109bp)；b.成熟个体比光滑爪蟾小的多。同样的空间养殖的个体数量多；c.世代周期为4-6个月（而光滑爪蟾为1-2年）；d.每次产卵1000-3000粒卵子。胚胎0.7-0.8mm，虽比光滑爪蟾（1.0-1.3mm）略小，但不妨碍操作；e.是光滑爪蟾的亲缘种，两种间许多基因保守，所以光滑爪蟾得研究资料可直接用于热带爪蟾；斑马鱼:a.起源于印度和巴基斯坦，为小型的热带鱼类；b.染色体数为50；c.成体长3-4cm，孵出后约3个月可达性成熟；d.产卵多，体外受精，体外发育；e.胚胎发育同步（25-31oC发育正常），胚胎透明；f.个体小，养殖花费少，可大规模繁殖，精子可冷冻保存；g.基因组序列已经全面测出。小鼠:a.繁殖不受季节影响；b.出生后6周性成熟，排卵周期短（4d一次/8-12卵），8窝/年（从交配受精开始，一般需要经19-20天的发育产出胎儿）；c.突变多；d.可做基因敲除鼠；e.基因组侧序完成鸡植物拟南芥:1.多种生态型2.生命周期短（6周）3.易培养4.根的结构简单5.自体受粉6.基因组小，仅120Mb5.生物发育的主要过程和基本规律是什么？胚胎发育的基本规律受精（fertilization）卵裂(cleavage)原肠胚形成(gastrulation)神经胚形成(neurulation)器官形成(organogenesis)幼体发育生长为成体幼体成体经历变态发育（metamorphosis）发育的分子基础1.通过调控蛋白质的生成来调控细胞的行为2.参与胚胎发育的基因数3.基因的差异表达控制发育4.发育的循序渐进和细胞命运的决定5.诱导信号的相互作用可改变发育的命运6.胞质决定子的不均匀分布精子的发生过程:原始生殖细胞精原细胞增殖期初级精母细胞生长期成熟分裂期精子形成期精子分化:高尔基体形成顶体泡,中心粒产生精子鞭毛,浓缩核,胞质废弃,最后产生成熟的精子卵子的发生过程:与精子发生相比：相同点增殖生长成熟期不同点5个方面初级卵母细胞的分裂是不均等的:初级卵母细胞分裂产生一个含有所有细胞质的次极卵母细胞和几乎不含胞质的第一极体。卵母细胞具有丰富的内含物哺乳动物卵泡的生长人卵巢中的原始卵泡周期性地进入生长期，使卵母细胞增大、颗粒细胞数量增加(由GDF-9介导)，只有少数与促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能够存活。2人类卵母细胞的成熟和排卵过程如何?3受精过程主要包括哪几个方面?请简述之受精是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功能：1将父母的基因传递给子代；2在卵子细胞质中激发一些确保发育正常的系列反应。卵母细胞成熟(核膜破裂,染色体凝聚,纺锤体形成,第一极体排出)→精子获能(指射出的精子在若干生殖道获能因子作用下，精子膜发生一系列变化，进而产生生化和运动方式的改变。使精子准备顶体反应,超活化,方便穿过透明带)→精卵间接触和识别→精子入卵→卵的激活(快速阻止多精受精电势改变多精受精的慢速抑制形成受精膜)并开始发育精子获能中发生的生理生化反应质膜的改变：外周糖蛋白的移去或改变内部糖蛋白的重排膜内胆固醇的外流膜内某些磷脂的变化物质代谢的变化：呼吸变化活力变化对营养物质利用的变化精卵识别:接触识别距离识别（1）精子的向化性卵子释放的精子激活肽（2）精子表面蛋白半乳糖基转移酶，透明带附着分子（SP56），P95分子（3）参与配子间质膜相互作用的一些具粘附作用的分子Fertilin,Cyritestin,Integrinetal.（4）顶体反应的调控机制（离子调控，脂质调控，磷酸肌醇调控）配子遗传物质融合:雌雄原核融合雌雄原核的不均等性（哺乳动物）遗传印记现象卵质重排卵裂准备4一般情况下为什么不会发生多精受精现象?1、卵裂有哪些特点？分裂周期短;分裂球（blastomere）的体积下降：海胆胚胎的核/质比由6增至550;早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。2、卵裂有哪些类型？举例说明1、原肠作用概念？有哪几种细胞运动参与原肠作用？原肠作用是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形成内胚层和中胚层器官的细胞迁入胚胎内部，而要形成外胚层的细胞铺展在胚胎表面。原肠作用期的胚胎叫原肠胚(gastrula)。2、下列几种动物的原肠作用中参与胚胎诱导作用的组织区？海胆、爪蟾、斑马鱼、鸡、哺乳动物海胆原肠作用过程：原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转变成为初级间质细胞，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮细胞转化为次级间质细胞。两种间质细胞都将长出伪足，后者起定向和驱动细胞移动的作用。海胆原肠作用过程：初级间质细胞在中胚层和内胚层相交处形成一圈，在腹侧有一分支延伸，它们将用于骨的形成。斑马鱼的原肠作用原肠作用开始于胚盘细胞向植物极方向的卵黄下包，由YSL驱动，使胚盘变薄。胚层的形成：50%下包时，与卵黄交界处的deepcells内卷，使交界处形成厚实的一圈，叫germring。内卷的细胞和由上层内移的细胞形成下胚层、上层的deepcells为上胚层。胚盾(embryonicshield)：因深层细胞的内卷和会聚扩展而在germring的某处形成的加厚区。它为胚胎的背部，从此处内卷的细胞将与其它会聚扩展的下胚层细胞一起沿背部中线形成脊索中胚层(chordamesoderm);下胚层细胞还将生成近轴中胚层和内胚层。上胚层的部分细胞经会聚扩展形成neuralkeel，其余的细胞形成皮肤。鸡胚原条(primitivestreak)的形成：由后部边缘区的上胚层细胞加厚而成，它的出现确定了胚胎的A－P轴线。原条内会形成一个凹陷，叫原沟，是上胚层细胞进入囊胚腔的门户。原条的头部末端是一个加厚层，叫Hensen`snode,是一个诱导中心。细胞早期通过原条的移动：最早穿过原条进入囊胚腔的细胞向头部方向移动，最终迁移至胚胎的头部，成为前肠内胚层。这些细胞的移动将原来的下胚层细胞挤至明区前部，成为生殖新月区(germinalcrescent)，是原生殖细胞存在部位。其后通过Node进入囊胚腔的细胞在上胚层和内胚层之间向头部移动，形成头部中胚层和脊索中胚层。通过原条侧面进入囊胚腔的细胞的命运：A，部分迁移的上胚层细胞在中线处与下胚层细胞接触后，将下胚层细胞赶向两侧，而自身形成内胚层，将生成内胚层器官和大部分胚外膜。B，在上胚层和内胚层之间的细胞形成中胚层和少量的胚外膜。上胚层中的预定外胚层细胞将在上胚层中增殖、下包。原条的后退：当Node移至明区中央时，Node和原条一起后退,在此过程中长出脊索。Node退至最后端将形成肛门区。哺乳动物的原肠作用：上胚层和下胚层的形成：在原肠作用开始时，内细胞团分裂为两层。与囊胚腔接触的一层为下胚层，将用于形成yolksac；另一层为上胚层。上胚层细胞间的缝隙将合并、扩大成为羊膜腔，腔中的液体可防止胚胎脱水和保护胚胎受振荡。上胚层将发育为胚胎的本体。1、三大胚层发育的命运？外胚层细胞的命运：背部中线区的细胞将形成脑和脊髓；中线区外侧的细胞将生成皮肤；上述二者相交处的细胞为神经嵴细胞(neuralcrest)，它们将迁移各处形成外周神经元、色素细胞、神经胶质细胞等。中胚层：神经胚期中胚层分为5个区1位于胚胎背面中央的脊索中胚层—脊索2背部体臂中胚层—体节和神经管两侧的中胚层-背部许多结缔组织3中段中胚层—泌尿系统和生殖器官4离脊索稍远的侧板中胚层—心脏、血管、血细胞等5头部间质—面部组织和肌肉内胚层：咽消化器官呼吸器官2、何为神经胚、神经胚形成？有哪些方式形成神经胚？2、神经管形成的过程如何?是中枢神经系统的原基，由外胚层细胞增殖、内陷并最终离开外胚层表面而形成中空的神经管。绝大多数脊椎动物前部神经管的形成采用此种方式。神经管形成的起始：来自背部中胚层的信号诱导预置神经板边缘的细胞的背侧收缩，而预置的表皮细胞向中线移动，使表皮与神经板交接处凸起形成神经褶。第二类神经管：特点：神经管由胚胎内细胞组成的实心索中空而成。鸟类、哺乳类、两栖类动物胚胎的后部神经管及鱼类胚胎的全部神经管的形成采取此种方式。后脑的分区脊椎动物后脑一般都再分出多个菱脑原节(rhom-bomeres),每个菱脑原节是一个发育单位，节内的细胞可交换，而节间不能交换。后脑产生控制面部和颈部