發(fā)育生物學(xué)四周

1、1會(huì)計(jì)學(xué)發(fā)育生物學(xué)四周發(fā)育生物學(xué)四周胚胎發(fā)育過程：胚胎發(fā)育過程：細(xì)胞生長(zhǎng)分化識(shí)別遷移死亡功能表達(dá)組織和器官的形成等第1頁(yè)/共84頁(yè)細(xì)胞長(zhǎng)大細(xì)胞長(zhǎng)大+細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖本本 質(zhì)質(zhì)：蛋白質(zhì)與核酸等合成：蛋白質(zhì)與核酸等合成1 細(xì)胞長(zhǎng)大細(xì)胞長(zhǎng)大 :細(xì)胞體積細(xì)胞體積 胞質(zhì)長(zhǎng)大胞質(zhì)長(zhǎng)大 胞核長(zhǎng)大胞核長(zhǎng)大第2頁(yè)/共84頁(yè)第3頁(yè)/共84頁(yè)生長(zhǎng)方式生長(zhǎng)方式損傷或刺激可誘導(dǎo)細(xì)胞損傷或刺激可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖或生長(zhǎng)。增殖或生長(zhǎng)。如將大鼠肝臟切除如將大鼠肝臟切除2/3，剩余部分增殖使肝臟恢剩余部分增殖使肝臟恢復(fù)原來的大小復(fù)原來的大小第4頁(yè)/共84頁(yè)生長(zhǎng)方式生長(zhǎng)方式切除腎的一部分，剩余切除腎的一部分，剩余部分主要通過細(xì)胞增大部

2、分主要通過細(xì)胞增大而增大。而增大。第5頁(yè)/共84頁(yè)細(xì)胞增殖受內(nèi)外因素的控制細(xì)胞增殖受內(nèi)外因素的控制第6頁(yè)/共84頁(yè)細(xì)胞分化細(xì)胞分化-發(fā)育生物學(xué)研究之核心發(fā)育生物學(xué)研究之核心細(xì)胞分化細(xì)胞分化(cell differentiation）定義：定義：由同一個(gè)受精卵分裂由同一個(gè)受精卵分裂、增殖而來的胚胎細(xì)胞、增殖而來的胚胎細(xì)胞發(fā)發(fā)育成具有特殊形態(tài)與功能育成具有特殊形態(tài)與功能的專一化細(xì)胞的過程。的專一化細(xì)胞的過程。第7頁(yè)/共84頁(yè)在細(xì)胞分化的基礎(chǔ)上，胚胎逐漸產(chǎn)生出許多不同的組織、器官在細(xì)胞分化的基礎(chǔ)上，胚胎逐漸產(chǎn)生出許多不同的組織、器官和系統(tǒng)，協(xié)調(diào)地組成一個(gè)復(fù)雜、精巧、能自主生活的生命個(gè)體。和系統(tǒng)，協(xié)調(diào)

3、地組成一個(gè)復(fù)雜、精巧、能自主生活的生命個(gè)體。第8頁(yè)/共84頁(yè)細(xì)胞分化經(jīng)歷的事件：細(xì)胞分化經(jīng)歷的事件：化學(xué)分化化學(xué)分化: 合子基因激活、特異蛋白合子基因激活、特異蛋白合成合成 RBC（血紅蛋白）（血紅蛋白）形態(tài)分化：核分化、胞質(zhì)分化形態(tài)分化：核分化、胞質(zhì)分化功能分化功能分化總體上分為兩個(gè)階段：總體上分為兩個(gè)階段：一、細(xì)胞命運(yùn)的決定一、細(xì)胞命運(yùn)的決定（determination）二、細(xì)胞的分化二、細(xì)胞的分化（differentiation）第9頁(yè)/共84頁(yè)細(xì)胞命運(yùn)的決定細(xì)胞命運(yùn)的決定 決定是指細(xì)胞被賦予特殊的“使命”或“命運(yùn)”，并進(jìn)入程序性分化的過程。在這一階段，細(xì)胞雖然還沒有顯示出特定形態(tài)的、生

4、理的和生化的特征，但是已經(jīng)確定了向特定方向分化的程序。第10頁(yè)/共84頁(yè)二、決定的兩種基本方二、決定的兩種基本方式式1、鑲嵌型發(fā)育(mosaic development)： 由細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的形態(tài)發(fā)生決定因子決定 ，整體胚胎象是自我分化的各部分組裝在一起的集合體。（自主發(fā)育） 2、調(diào)整型發(fā)育(regulative development)： 胚胎發(fā)育過程中，相鄰細(xì)胞之間通過相互作用，決定其中的一方或雙方的分化方向。（依賴性發(fā)育）第11頁(yè)/共84頁(yè)Rouxs attempt to show mosaic development. Destroying (but not removing) one ce

5、ll of a 2-cell frog embryo results in the development of only one-half of the embryo. 1.鑲嵌型發(fā)育鑲嵌型發(fā)育第12頁(yè)/共84頁(yè)形態(tài)發(fā)生決定子形態(tài)發(fā)生決定子（morphgenetic determinant）也稱為成型素成型素（morphogen）或細(xì)胞質(zhì)決定子細(xì)胞質(zhì)決定子（cytoplasmic determinant），是卵子或受精卵中存在的能夠決定細(xì)胞的分化方向，發(fā)育形成一定的組織和形態(tài)結(jié)構(gòu)的特殊細(xì)胞質(zhì)因子。v形態(tài)發(fā)生決定子在受精卵中的特殊定位，以及卵裂時(shí)對(duì)各個(gè)子細(xì)胞分配的不均一性稱為細(xì)胞質(zhì)定域細(xì)胞質(zhì)定

6、域（cytoplasm locolization）。 第13頁(yè)/共84頁(yè)由于鑲嵌型發(fā)育的胚胎細(xì)胞定型方式與鄰近細(xì)胞的相互作用無關(guān)，因此，如果在發(fā)育的早期將一個(gè)卵裂球從胚胎整體上分離下來進(jìn)行單獨(dú)培養(yǎng)，它仍然會(huì)發(fā)育成在整體中負(fù)責(zé)發(fā)育的組織結(jié)構(gòu)，而胚胎的其余部分發(fā)育形成的胚胎中將缺乏這種組織結(jié)構(gòu)，二者恰好互補(bǔ)。如：海鞘。第14頁(yè)/共84頁(yè)柄海鞘受精卵的細(xì)胞質(zhì)根據(jù)所含色素不同可分為四個(gè)不同的區(qū)域.v動(dòng)物極部分含透明的細(xì)胞質(zhì)；v植物極部分靠近赤道處有兩個(gè)彼此相對(duì)排列的新月區(qū)，一個(gè)是呈淺灰色的灰色新月區(qū)，和一個(gè)呈黃色的黃色新月區(qū)；v植物極的其他部分含灰色卵黃，為灰色卵黃區(qū)。 第15頁(yè)/共84頁(yè)v動(dòng)物極部分

7、含透明細(xì)胞質(zhì)，將來形成幼蟲表皮。v黃色新月區(qū)將來形成肌肉細(xì)胞，稱為肌細(xì)胞質(zhì)。v灰色新月區(qū)將來形成脊索和神經(jīng)管。v灰色卵黃區(qū)含大量灰色的卵黃，將來形成幼蟲的消化道。 第16頁(yè)/共84頁(yè)用卵裂球分離的方式證明：每個(gè)卵裂球都負(fù)責(zé)產(chǎn)生幼蟲的一定的組織。當(dāng)特定的卵裂球分離下來后，由這些卵裂球負(fù)責(zé)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在幼蟲中便不復(fù)存在。 第17頁(yè)/共84頁(yè)因此，海鞘每個(gè)卵裂球都是可以自主發(fā)育的，胚因此，海鞘每個(gè)卵裂球都是可以自主發(fā)育的，胚胎好象是由能自主分化的各部分構(gòu)成的鑲嵌體。胎好象是由能自主分化的各部分構(gòu)成的鑲嵌體。 第18頁(yè)/共84頁(yè)童第周等在海鞘卵子受精后20分鐘，把受精卵一分為二。用其中無核的卵塊作受體，

8、分別把原腸胚外胚層、中胚層和內(nèi)胚層細(xì)胞的細(xì)胞核移植到受體中。結(jié)果：無論移植的細(xì)胞核來自哪一個(gè)胚層，所形成的組織結(jié)構(gòu)總是和無核卵塊中所含有的細(xì)胞質(zhì)組分有關(guān)。說明海鞘胚胎細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)是由其所含有的細(xì)胞質(zhì)形態(tài)海鞘胚胎細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)是由其所含有的細(xì)胞質(zhì)形態(tài)決定子有關(guān)，而與細(xì)胞核無關(guān)。決定子有關(guān)，而與細(xì)胞核無關(guān)。 第19頁(yè)/共84頁(yè)v實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地說明海鞘類動(dòng)物受精卵不同的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域含有特殊的形態(tài)發(fā)生決定子。卵裂時(shí)，這些組分隨著胚胎的卵裂被準(zhǔn)確地分布到胚胎的一定部位，通過調(diào)控不同基因的表達(dá)而決定細(xì)胞的分化方向。v呈典型的鑲嵌型胚胎發(fā)育動(dòng)物卵子還有櫛水母、環(huán)節(jié)動(dòng)物，線蟲和軟體動(dòng)物等一些低等的無脊椎動(dòng)物。在這

9、些典型的鑲嵌型發(fā)育的動(dòng)物卵子細(xì)胞質(zhì)中，都存在著形態(tài)發(fā)生決定子。 第20頁(yè)/共84頁(yè)在海鞘、櫛水母這些典型的鑲嵌型發(fā)育的動(dòng)物中，細(xì)胞細(xì)胞的相互作用對(duì)的相互作用對(duì)決定一些胚胎決定一些胚胎細(xì)胞的發(fā)育命細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)也是必要的運(yùn)也是必要的。神經(jīng)細(xì)胞是從a4.2和A4.1兩對(duì)產(chǎn)生的。當(dāng)這兩對(duì)卵裂球被分離下來單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)都不能形成神經(jīng)組織。可是兩者配合才能形成神經(jīng)組織。 第21頁(yè)/共84頁(yè)2. 調(diào)整型發(fā)育調(diào)整型發(fā)育(regulative development)： 胚胎發(fā)育過程中，相鄰細(xì)胞之間通過相互作用，決定其中的一方或雙方的分化方向。（依賴性發(fā)育）第22頁(yè)/共84頁(yè)調(diào)整型胚胎發(fā)育的形態(tài)調(diào)整型胚胎發(fā)育的形

10、態(tài)發(fā)生決定子與細(xì)胞質(zhì)定發(fā)生決定子與細(xì)胞質(zhì)定域域在發(fā)育的初始階段，采用調(diào)整型發(fā)育動(dòng)物的胚胎細(xì)胞可能具有不止一種分化潛能，但在和鄰近細(xì)胞的相互作用過程中逐漸限制了它們的發(fā)育命運(yùn)，使其只能朝一定方向分化。第23頁(yè)/共84頁(yè)在胚胎發(fā)育的早期，從采用調(diào)整型發(fā)育的胚胎上分離出一個(gè)卵裂球，則胚胎上的其他相鄰的卵裂球可以調(diào)整和改變發(fā)育命運(yùn)，填補(bǔ)分離掉的卵裂球所留下的空缺，使其仍然可以發(fā)育成一個(gè)完整的胚胎。但在發(fā)育的較晚時(shí)期，當(dāng)胚胎細(xì)胞的命運(yùn)已經(jīng)決定后，其決定狀態(tài)在正常發(fā)育過程中也不再能改變。第24頁(yè)/共84頁(yè)海膽、魚類和兩棲類等動(dòng)物的胚胎屬于典型的調(diào)整型發(fā)育胚胎。在胚胎發(fā)育的早期階段當(dāng)胚胎受到某些局部的實(shí)驗(yàn)性

11、損傷時(shí)，仍能通過自身的調(diào)節(jié)形成正常的有機(jī)體。第25頁(yè)/共84頁(yè)如兩棲類和海膽四細(xì)胞期的卵裂球分離后，每個(gè)卵裂球都具有潛力形成完整的胚胎。第26頁(yè)/共84頁(yè)兩棲類的卵子在受精后會(huì)因細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)而形成一個(gè)灰色新月區(qū)。蛙的第一次卵裂使灰色新月區(qū)平均分配到所形成的兩個(gè)卵裂球中，這兩個(gè)卵裂求都具有全能性。將其分離后，兩個(gè)都可以發(fā)育成正常的胚胎。但調(diào)整型發(fā)育的胚胎中也存在形態(tài)但調(diào)整型發(fā)育的胚胎中也存在形態(tài)發(fā)生決定子的細(xì)胞質(zhì)定域發(fā)生決定子的細(xì)胞質(zhì)定域 第27頁(yè)/共84頁(yè)實(shí)驗(yàn)證明：1、灰色新月區(qū)含有合子形成完整胚胎 所必須的形態(tài)發(fā)生決定子。 2、鑲嵌型發(fā)育胚胎和調(diào)整型發(fā)育胚胎 之間的差異只是程度上的不同。 第2

12、8頁(yè)/共84頁(yè)v海膽的受精卵也是調(diào)整 型發(fā)育的。v第一次卵裂形成的兩個(gè) 卵裂球分離后也都可以 形成完整的胚胎。v但在第3次卵裂以后，將動(dòng)、植物極的卵裂球分離培養(yǎng)，則動(dòng)物極的卵動(dòng)物極的卵裂球形成初級(jí)外胚層的組織，植物極裂球形成初級(jí)外胚層的組織，植物極的卵裂球形成初級(jí)內(nèi)胚層組織。的卵裂球形成初級(jí)內(nèi)胚層組織。v說明動(dòng)物極和植物極含有不同的形說明動(dòng)物極和植物極含有不同的形態(tài)發(fā)生決定子。這種決定子在態(tài)發(fā)生決定子。這種決定子在8細(xì)胞細(xì)胞時(shí)第一次分離。時(shí)第一次分離。 第29頁(yè)/共84頁(yè)在任何動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞定型的兩種發(fā)育模式都在發(fā)生作用。但在不同的動(dòng)物中哪種方式起主要的作用在程度是不同的。多數(shù)無脊椎

13、動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中，主要是細(xì)胞自主特化在發(fā)生作用，細(xì)胞間的相互作用次之，是鑲嵌型發(fā)育的類型。在脊椎動(dòng)物中則相反，主要是細(xì)胞的相互關(guān)系在起主要作用，細(xì)胞的自主特化起次要作用，是調(diào)整型發(fā)育的類型。第30頁(yè)/共84頁(yè)把某時(shí)期某種組織原基移植到另把某時(shí)期某種組織原基移植到另一胚胎與原地不同之部位，如果一胚胎與原地不同之部位，如果移植塊移植塊按照在原地按照在原地情況發(fā)育，表明在情況發(fā)育，表明在移植時(shí)已發(fā)生了分化決定；如果移植時(shí)已發(fā)生了分化決定；如果按照在移植部位按照在移植部位進(jìn)行發(fā)育，說明在移植進(jìn)行發(fā)育，說明在移植時(shí)其命運(yùn)尚未決定。時(shí)其命運(yùn)尚未決定。第31頁(yè)/共84頁(yè)第32頁(yè)/共84頁(yè)四、細(xì)胞分化的調(diào)控

14、四、細(xì)胞分化的調(diào)控內(nèi)部因素內(nèi)部因素外部因素外部因素第33頁(yè)/共84頁(yè)1. 細(xì)胞核在細(xì)胞分化過程中具主細(xì)胞核在細(xì)胞分化過程中具主導(dǎo)作用導(dǎo)作用 實(shí)驗(yàn)一 施佩曼將受精卵結(jié)扎，一半球含施佩曼將受精卵結(jié)扎，一半球含細(xì)胞核，另一半球不含細(xì)胞核。細(xì)胞核，另一半球不含細(xì)胞核。結(jié)果有核半球能進(jìn)行正常卵裂，結(jié)果有核半球能進(jìn)行正常卵裂，無核則不能。在無核則不能。在16或或32細(xì)胞期，細(xì)胞期，讓一胞核通過結(jié)扎處進(jìn)入無核半讓一胞核通過結(jié)扎處進(jìn)入無核半球，結(jié)果這個(gè)半球也開始卵裂，球，結(jié)果這個(gè)半球也開始卵裂，并且發(fā)育成正常胚胎。并且發(fā)育成正常胚胎。 第34頁(yè)/共84頁(yè)取另一羊取另一羊去核卵細(xì)胞去核卵細(xì)胞兩者融兩者融合合發(fā)育

15、至發(fā)育至32細(xì)胞時(shí)移細(xì)胞時(shí)移植入待植入待孕羊子宮后代像供孕羊子宮后代像供核之羊核之羊 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 核移植實(shí)驗(yàn)核移植實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞核起胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞核起主導(dǎo)作用主導(dǎo)作用第35頁(yè)/共84頁(yè)克隆牛欣欣，生命源于耳細(xì)胞克隆牛欣欣，生命源于耳細(xì)胞 我國(guó)首例我國(guó)首例“胎兒皮膚胎兒皮膚上皮細(xì)胞上皮細(xì)胞”克隆?？寺∨！翱悼悼悼怠?第36頁(yè)/共84頁(yè)細(xì)胞核在細(xì)胞分化中主導(dǎo)作用之機(jī)制細(xì)胞核在細(xì)胞分化中主導(dǎo)作用之機(jī)制 第37頁(yè)/共84頁(yè)受精卵發(fā)育形成的細(xì)胞含有相同受精卵發(fā)育形成的細(xì)胞含有相同基因基因但在發(fā)育中只有但在發(fā)育中只有5-10%基因表達(dá)基因表達(dá)(人類基因總數(shù)約人類基因總數(shù)約

16、3萬萬-5萬萬)且表達(dá)的基因差異較大且表達(dá)的基因差異較大Why?第38頁(yè)/共84頁(yè)（2）細(xì)胞質(zhì)在分化過程中的作用）細(xì)胞質(zhì)在分化過程中的作用 第39頁(yè)/共84頁(yè) 1928年，施佩曼用嬰兒頭發(fā)將年，施佩曼用嬰兒頭發(fā)將蠑螈受精卵結(jié)扎成兩個(gè)半球狀，蠑螈受精卵結(jié)扎成兩個(gè)半球狀，其中一個(gè)半球中含灰新月區(qū)和細(xì)其中一個(gè)半球中含灰新月區(qū)和細(xì)胞核，另一個(gè)不含這個(gè)區(qū)帶。結(jié)胞核，另一個(gè)不含這個(gè)區(qū)帶。結(jié)果前者發(fā)育成了胚胎，后者則不果前者發(fā)育成了胚胎，后者則不能。即使后者含有細(xì)胞核，細(xì)胞能。即使后者含有細(xì)胞核，細(xì)胞也不能分化，只能發(fā)育成沒有一也不能分化，只能發(fā)育成沒有一定形狀的團(tuán)塊。定形狀的團(tuán)塊。 實(shí)驗(yàn)說明：實(shí)驗(yàn)說明：灰

17、新月區(qū)灰新月區(qū)(細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì))中中含某種物質(zhì)，只有完全具備這種含某種物質(zhì)，只有完全具備這種物質(zhì)，胚胎發(fā)育才能正常進(jìn)行。物質(zhì)，胚胎發(fā)育才能正常進(jìn)行。第40頁(yè)/共84頁(yè)l這些特殊胞質(zhì)組分為形態(tài)發(fā)生決這些特殊胞質(zhì)組分為形態(tài)發(fā)生決定子（定子（RNA與蛋白質(zhì)）。與蛋白質(zhì)）。l胞質(zhì)在細(xì)胞分化中的作用：是胞質(zhì)在細(xì)胞分化中的作用：是通過通過細(xì)胞質(zhì)決定子細(xì)胞質(zhì)決定子影響胞核基影響胞核基因表達(dá)，一定程度上決定細(xì)胞因表達(dá)，一定程度上決定細(xì)胞早期分化。早期分化。第41頁(yè)/共84頁(yè)核與質(zhì)間相互作用影響細(xì)核與質(zhì)間相互作用影響細(xì)胞分化胞分化 互相依賴，缺一則不能生互相依賴，缺一則不能生存存核控制著遺傳信息核控制著遺傳信息質(zhì)

18、對(duì)核有重要調(diào)節(jié)作用質(zhì)對(duì)核有重要調(diào)節(jié)作用兩者通過核孔相互傳遞蛋兩者通過核孔相互傳遞蛋白白來實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞分化調(diào)控來實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞分化調(diào)控第42頁(yè)/共84頁(yè)誘導(dǎo)誘導(dǎo)抑制抑制識(shí)別識(shí)別其他其他第43頁(yè)/共84頁(yè)胚胎誘導(dǎo)胚胎誘導(dǎo)（induction）：胚胎發(fā)）：胚胎發(fā)育過程中，一部分細(xì)胞影響其它育過程中，一部分細(xì)胞影響其它細(xì)胞分化方向。細(xì)胞分化方向。細(xì)胞抑制細(xì)胞抑制(inhibition)：已分化細(xì)：已分化細(xì)胞抑制鄰近細(xì)胞進(jìn)行相同分化。胞抑制鄰近細(xì)胞進(jìn)行相同分化。如把發(fā)育中蛙胚置于含有成體蛙如把發(fā)育中蛙胚置于含有成體蛙心碎片培養(yǎng)液中，胚不能產(chǎn)生心心碎片培養(yǎng)液中，胚不能產(chǎn)生心臟。臟。其他：激素，細(xì)胞數(shù)量，細(xì)胞外其

19、他：激素，細(xì)胞數(shù)量，細(xì)胞外基質(zhì)等基質(zhì)等細(xì)胞識(shí)別與粘合細(xì)胞識(shí)別與粘合(組織親合性組織親合性)：三：三胚層細(xì)胞混雜培養(yǎng)胚層細(xì)胞混雜培養(yǎng)各胚層自我各胚層自我挑選，相互粘著。挑選，相互粘著。癌細(xì)胞不能識(shí)別粘著，失去了正常癌細(xì)胞不能識(shí)別粘著，失去了正常細(xì)胞調(diào)控能力細(xì)胞調(diào)控能力第44頁(yè)/共84頁(yè)第45頁(yè)/共84頁(yè)1. 概念概念胚胎誘導(dǎo)胚胎誘導(dǎo)：胚胎發(fā)育：胚胎發(fā)育時(shí)期，部分細(xì)胞提供時(shí)期，部分細(xì)胞提供或傳遞信號(hào)，其它細(xì)或傳遞信號(hào)，其它細(xì)胞接受該信號(hào)，并向胞接受該信號(hào)，并向特定方向分化。特定方向分化。誘導(dǎo)者誘導(dǎo)者（inductor）：）： 起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞或組織起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞或組織反應(yīng)者反應(yīng)者（respond

20、ing tissue）：）： 接受信號(hào)并起反應(yīng)的細(xì)胞或接受信號(hào)并起反應(yīng)的細(xì)胞或組織。組織。第46頁(yè)/共84頁(yè)誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一第47頁(yè)/共84頁(yè)過程：將遷移到內(nèi)過程：將遷移到內(nèi)部之前的背唇切下部之前的背唇切下來，移植到另一正來，移植到另一正常原腸胚腹部。常原腸胚腹部。結(jié)果：結(jié)果：移植物發(fā)育成第二移植物發(fā)育成第二條脊索在移植物上條脊索在移植物上方出現(xiàn)了一條神經(jīng)方出現(xiàn)了一條神經(jīng)板最后這個(gè)原腸胚板最后這個(gè)原腸胚發(fā)育成一雙頭怪物發(fā)育成一雙頭怪物。誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)二誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)二第48頁(yè)/共84頁(yè)施佩曼因此獲得施佩曼因此獲得1935諾貝爾生理學(xué)諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?；蜥t(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 實(shí)驗(yàn)二表明：在移植物作用下，移實(shí)驗(yàn)二

21、表明：在移植物作用下，移植物周圍胚層改變了原來發(fā)育方向植物周圍胚層改變了原來發(fā)育方向第49頁(yè)/共84頁(yè)1）有權(quán)能期（）有權(quán)能期（period of competence） 一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生，一旦超出臨界一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生，一旦超出臨界時(shí)間，時(shí)間， 誘導(dǎo)或反應(yīng)能力會(huì)減退、消失誘導(dǎo)或反應(yīng)能力會(huì)減退、消失第50頁(yè)/共84頁(yè)將原腸晚期原腸頂不同部位的移植將原腸晚期原腸頂不同部位的移植塊放到早期原腸胚的囊胚腔中，會(huì)塊放到早期原腸胚的囊胚腔中，會(huì)誘導(dǎo)不同的結(jié)構(gòu)形成。誘導(dǎo)不同的結(jié)構(gòu)形成。第51頁(yè)/共84頁(yè)2）誘導(dǎo)者異，反應(yīng)異）誘導(dǎo)者異，反應(yīng)異同一外胚層同一外胚層神經(jīng)誘導(dǎo)物神經(jīng)誘導(dǎo)物神經(jīng)組織神經(jīng)組織中胚層誘導(dǎo)物中胚

22、層誘導(dǎo)物脊索、脊索、肌肉等肌肉等第52頁(yè)/共84頁(yè)3）誘導(dǎo)物決定反應(yīng)細(xì)胞產(chǎn)生何種）誘導(dǎo)物決定反應(yīng)細(xì)胞產(chǎn)生何種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 反應(yīng)細(xì)胞決定產(chǎn)生結(jié)構(gòu)之遺傳性反應(yīng)細(xì)胞決定產(chǎn)生結(jié)構(gòu)之遺傳性第53頁(yè)/共84頁(yè)3 誘導(dǎo)層次性誘導(dǎo)層次性第54頁(yè)/共84頁(yè)前腦區(qū)兩側(cè)外前腦區(qū)兩側(cè)外突視突視泡誘導(dǎo)其外方泡誘導(dǎo)其外方之外之外胚層形成晶狀胚層形成晶狀體，體，為為次級(jí)誘導(dǎo)次級(jí)誘導(dǎo)晶狀體再誘導(dǎo)晶狀體再誘導(dǎo)其表其表面外胚層形成面外胚層形成角角膜，為膜，為三級(jí)誘三級(jí)誘導(dǎo)導(dǎo)第55頁(yè)/共84頁(yè)第56頁(yè)/共84頁(yè)第57頁(yè)/共84頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞分化的基因控制細(xì)胞分化的基因控制 一、主導(dǎo)基因如何控制一種組一、主導(dǎo)基因如何控制一種組織和

23、一個(gè)完整器官的形成織和一個(gè)完整器官的形成第58頁(yè)/共84頁(yè)v主導(dǎo)基因主導(dǎo)基因(master gene)或或選擇者選擇者基因基因(selector gene)即為一些能夠一些能夠啟動(dòng)和控制一系列下游基因表達(dá)啟動(dòng)和控制一系列下游基因表達(dá)的基因。的基因。v功能功能：選擇和控制一套確定細(xì)：選擇和控制一套確定細(xì)胞類型和區(qū)域特異性發(fā)育的基因。胞類型和區(qū)域特異性發(fā)育的基因。即主導(dǎo)基因的表達(dá)是即主導(dǎo)基因的表達(dá)是啟動(dòng)選擇啟動(dòng)選擇、實(shí)現(xiàn)選擇實(shí)現(xiàn)選擇以及進(jìn)一步以及進(jìn)一步保持特定分保持特定分化狀態(tài)化狀態(tài)的關(guān)鍵。的關(guān)鍵。v細(xì)胞命運(yùn)的決定可能就是細(xì)胞命運(yùn)的決定可能就是形態(tài)形態(tài)發(fā)生決定子發(fā)生決定子特異性地激活了特異性地激活

24、了主導(dǎo)主導(dǎo)基因基因。第59頁(yè)/共84頁(yè)一、生肌蛋白基因家族為肌組織發(fā)生設(shè)定一、生肌蛋白基因家族為肌組織發(fā)生設(shè)定發(fā)育程序發(fā)育程序 1. 成肌細(xì)胞決定基因成肌細(xì)胞決定基因1(MyoD1)第60頁(yè)/共84頁(yè)v生肌蛋白基因家族的主導(dǎo)基因生肌蛋白基因家族的主導(dǎo)基因是是成肌細(xì)胞決定基因成肌細(xì)胞決定基因1(MyoD1)。整個(gè)成體終末分化所需的其它附整個(gè)成體終末分化所需的其它附屬基因都統(tǒng)歸在成肌細(xì)胞決定基屬基因都統(tǒng)歸在成肌細(xì)胞決定基因的控制下。因的控制下。v只要用只要用MyoD1的的mRNA轉(zhuǎn)染，轉(zhuǎn)染，成纖維細(xì)胞及脂肪組織細(xì)胞即可成纖維細(xì)胞及脂肪組織細(xì)胞即可被重新編程，并使其成為穩(wěn)定而被重新編程，并使其成為穩(wěn)

25、定而可遺傳的成肌細(xì)胞?？蛇z傳的成肌細(xì)胞。v這說明，只要這說明，只要MyoD1被轉(zhuǎn)錄，被轉(zhuǎn)錄，這個(gè)細(xì)胞的命運(yùn)就已經(jīng)被決定成這個(gè)細(xì)胞的命運(yùn)就已經(jīng)被決定成為成肌細(xì)胞，并按成肌細(xì)胞的分為成肌細(xì)胞，并按成肌細(xì)胞的分化程序進(jìn)行分化?；绦蜻M(jìn)行分化。 第61頁(yè)/共84頁(yè)MyoD1蛋白具有一種堿性蛋白具有一種堿性螺旋螺旋折疊折疊螺旋的結(jié)構(gòu)域螺旋的結(jié)構(gòu)域(bHLH)，這種結(jié)構(gòu)域可結(jié)合到受控基因的這種結(jié)構(gòu)域可結(jié)合到受控基因的控制區(qū)，作為轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)下游控制區(qū)，作為轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)下游生肌蛋白基因的表達(dá)。生肌蛋白基因的表達(dá)。 另一方面，另一方面，MyoD1蛋白還能與自蛋白還能與自身基因的上游調(diào)控區(qū)結(jié)合，使自身基因的上游

26、調(diào)控區(qū)結(jié)合，使自身基因保持轉(zhuǎn)錄活性，從而擴(kuò)大身基因保持轉(zhuǎn)錄活性，從而擴(kuò)大和維持本身的合成。該過程也叫和維持本身的合成。該過程也叫自催化自催化或者或者正反饋正反饋。自催化機(jī)制保證了胚胎細(xì)胞在分自催化機(jī)制保證了胚胎細(xì)胞在分裂增殖過程中，裂增殖過程中，決定狀態(tài)決定狀態(tài)能被穩(wěn)能被穩(wěn)定下來并忠實(shí)地傳遞給子細(xì)胞定下來并忠實(shí)地傳遞給子細(xì)胞 。 第62頁(yè)/共84頁(yè)v哺乳動(dòng)物中，已知有哺乳動(dòng)物中，已知有4種類似的種類似的生肌主導(dǎo)者基因：生肌主導(dǎo)者基因：MyoD1，myf-5，mrf-4和和myogenin，他們都屬，他們都屬于同一基因家族，且序列高度相于同一基因家族，且序列高度相似，都是編碼含有似，都是編碼含有

27、bHLH的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子。因子。 v將其注射到成纖維細(xì)胞種，它將其注射到成纖維細(xì)胞種，它們都能啟動(dòng)肌肉分化地程序。們都能啟動(dòng)肌肉分化地程序。vmyogenin不能被其它三種基因不能被其它三種基因替換，其他三種可以相互替換替換，其他三種可以相互替換（genetic redundancy, 遺傳冗遺傳冗余）。余）。 第63頁(yè)/共84頁(yè)2. 控制眼形成的主導(dǎo)基因控制眼形成的主導(dǎo)基因eyeless v在果蠅中，在果蠅中，Eyeless突變會(huì)導(dǎo)突變會(huì)導(dǎo)致眼睛變少或完全沒有眼睛。致眼睛變少或完全沒有眼睛。vEyeless基因編碼的蛋白質(zhì)有基因編碼的蛋白質(zhì)有與與DNA的同源異型框的同源異型框(homeodo

28、main)及配對(duì)框相結(jié)及配對(duì)框相結(jié)合的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域。合的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域。v這個(gè)主導(dǎo)基因的靶標(biāo)可能是這個(gè)主導(dǎo)基因的靶標(biāo)可能是各種不同的視蛋白基因。各種不同的視蛋白基因。 第64頁(yè)/共84頁(yè)Gehring等人等人將帶有將帶有UAS啟動(dòng)子的啟動(dòng)子的eyeless cDNA導(dǎo)入到含有導(dǎo)入到含有酵母轉(zhuǎn)錄因酵母轉(zhuǎn)錄因子子GAL4基因基因的轉(zhuǎn)基因果的轉(zhuǎn)基因果蠅卵中。蠅卵中。GAL4是一個(gè)是一個(gè)轉(zhuǎn)座子，當(dāng)轉(zhuǎn)座子，當(dāng)其插入到啟其插入到啟動(dòng)區(qū)下游時(shí)，動(dòng)區(qū)下游時(shí)，可以在果蠅可以在果蠅的許多器官的許多器官芽中被激活芽中被激活而轉(zhuǎn)錄、翻而轉(zhuǎn)錄、翻譯成蛋白質(zhì)。譯成蛋白質(zhì)。GAL4基因這種蛋基因這種蛋白質(zhì)可以作為轉(zhuǎn)錄白質(zhì)可以作為

29、轉(zhuǎn)錄因子與因子與UAS啟動(dòng)子啟動(dòng)子特異地結(jié)合，從而特異地結(jié)合，從而啟動(dòng)啟動(dòng)eyeless基因的基因的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 第65頁(yè)/共84頁(yè)在發(fā)育到果在發(fā)育到果蠅變態(tài)時(shí)，蠅變態(tài)時(shí)，許多器官中許多器官中除了將自身除了將自身的基因表達(dá)的基因表達(dá)程序表達(dá)之程序表達(dá)之外，外，eyeless cDNA也被也被GAL4轉(zhuǎn)錄因轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)表達(dá)。子啟動(dòng)表達(dá)。由于由于eyeless基因是一個(gè)主導(dǎo)基因，基因是一個(gè)主導(dǎo)基因，成復(fù)眼的基因表達(dá)程序就在許多器成復(fù)眼的基因表達(dá)程序就在許多器官芽中被啟動(dòng)。結(jié)果在轉(zhuǎn)基因果蠅官芽中被啟動(dòng)。結(jié)果在轉(zhuǎn)基因果蠅的腿上、翅膀上等都額外長(zhǎng)出了眼的腿上、翅膀上等都額外長(zhǎng)出了眼睛。最多的一個(gè)果蠅體上

30、長(zhǎng)出了多睛。最多的一個(gè)果蠅體上長(zhǎng)出了多達(dá)達(dá)14個(gè)眼睛。個(gè)眼睛。 第66頁(yè)/共84頁(yè)3. 同源異型基因的同源異型基因的主要特性主要特性在細(xì)胞分化決定過程中，負(fù)責(zé)作出在細(xì)胞分化決定過程中，負(fù)責(zé)作出決定的主導(dǎo)基因或選擇者基因是同決定的主導(dǎo)基因或選擇者基因是同源異型基因。源異型基因。1）它們都有一種高度保守的基本）它們都有一種高度保守的基本序列，即序列，即同源異型框同源異型框，在果蠅中叫，在果蠅中叫做做HOM序列序列。其所編碼的蛋白叫。其所編碼的蛋白叫同源異型域結(jié)構(gòu)域同源異型域結(jié)構(gòu)域，一種由，一種由6070個(gè)氨基酸組成的，在立體結(jié)構(gòu)上為個(gè)氨基酸組成的，在立體結(jié)構(gòu)上為螺旋螺旋折疊折疊螺旋的結(jié)構(gòu)域螺旋的結(jié)

31、構(gòu)域（HLH）結(jié)構(gòu)。）結(jié)構(gòu)。第67頁(yè)/共84頁(yè)homeodomain能夠識(shí)別它所控制的能夠識(shí)別它所控制的基因的啟動(dòng)子中特異的序列。基因的啟動(dòng)子中特異的序列。 第68頁(yè)/共84頁(yè)2）同源異型基因編碼的蛋白質(zhì)）同源異型基因編碼的蛋白質(zhì)是轉(zhuǎn)錄因子，除了能通過是轉(zhuǎn)錄因子，除了能通過HLH結(jié)構(gòu)域特異地結(jié)合并激活所控結(jié)構(gòu)域特異地結(jié)合并激活所控制的下屬基因，也能結(jié)合到自制的下屬基因，也能結(jié)合到自身基因的啟動(dòng)區(qū)，使自身處于身基因的啟動(dòng)區(qū)，使自身處于適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)錄活性水平。適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)錄活性水平。 3）典型的同源異型基因不參與）典型的同源異型基因不參與基本軀干的構(gòu)建，而是作為主基本軀干的構(gòu)建，而是作為主導(dǎo)基因，選擇一個(gè)

32、分化程序。導(dǎo)基因，選擇一個(gè)分化程序。第69頁(yè)/共84頁(yè)4）大部分同源異型選擇者基因集大部分同源異型選擇者基因集中分布在幾條染色體上，而且在染中分布在幾條染色體上，而且在染色體上的排列順序與其在體內(nèi)的時(shí)色體上的排列順序與其在體內(nèi)的時(shí)空表達(dá)模式相對(duì)應(yīng)空表達(dá)模式相對(duì)應(yīng)，二者之間存在，二者之間存在著一種近似線性的關(guān)系。著一種近似線性的關(guān)系。第70頁(yè)/共84頁(yè)如果使控制胸部發(fā)育的如果使控制胸部發(fā)育的HOX基因基因在頸部表達(dá)，就會(huì)在頸部形成胸在頸部表達(dá)，就會(huì)在頸部形成胸部的結(jié)構(gòu)。部的結(jié)構(gòu)。第71頁(yè)/共84頁(yè) 二、發(fā)育過程中不表達(dá)基因二、發(fā)育過程中不表達(dá)基因如何保持沉默如何保持沉默第72頁(yè)/共84頁(yè)1、DN

33、A甲基化甲基化v真核生物真核生物DNA中，通過加進(jìn)一個(gè)中，通過加進(jìn)一個(gè)甲基基團(tuán)后，胞嘧啶可以轉(zhuǎn)變成位甲基基團(tuán)后，胞嘧啶可以轉(zhuǎn)變成位5甲基胞嘧啶。這種甲基化只在甲基胞嘧啶。這種甲基化只在CG堿基對(duì)上發(fā)生，即堿基對(duì)上發(fā)生，即C*-G-。這。這種甲基化模式可以傳遞到子細(xì)胞中。種甲基化模式可以傳遞到子細(xì)胞中。v哺乳動(dòng)物中，大約哺乳動(dòng)物中，大約70的的CG序序列會(huì)被甲基化。列會(huì)被甲基化。1.DNA甲基化甲基化第73頁(yè)/共84頁(yè)DNA甲基化可改變甲基化可改變DNA與蛋白質(zhì)的與蛋白質(zhì)的相互關(guān)系，調(diào)節(jié)被甲基化基因的表相互關(guān)系，調(diào)節(jié)被甲基化基因的表達(dá)活性。一般說來，甲基化程度高達(dá)活性。一般說來，甲基化程度高會(huì)導(dǎo)致被甲基化的基因轉(zhuǎn)錄水平低。會(huì)導(dǎo)致被甲基化的基因轉(zhuǎn)錄水平低。 第74頁(yè)/共84頁(yè)2、異染色質(zhì)化、異染色質(zhì)化 v在異染色質(zhì)化過程中，染色體會(huì)在異染色質(zhì)化過程中，染色體會(huì)進(jìn)入一種高度固縮的狀態(tài)。常染色進(jìn)入一種高度固縮的狀態(tài)。常染色質(zhì)變成異染色質(zhì)會(huì)停止或妨礙轉(zhuǎn)錄。質(zhì)變成異染色質(zhì)會(huì)停止或妨礙轉(zhuǎn)錄。子細(xì)胞可承襲異染色質(zhì)化的模式。子細(xì)胞可承襲異染色質(zhì)化的模式。v異染色質(zhì)上有一種特殊的異染色質(zhì)