模式生物和技術方法

發(fā)育生物學DevelopmentalBiology模式生物和技術方法一、發(fā)育的主要特征和基本規(guī)律二、模式生物的研究概況三、常見的發(fā)育生物學研究方法第二節(jié)動物發(fā)育的主要特征和基本規(guī)律

一、發(fā)育的主要特征在遺傳程序控制下，發(fā)育具有嚴格的時間次序性和空間次序性。發(fā)育是有機體的各種細胞協(xié)同作用的結果，也是一系列基因網(wǎng)絡性調控的結果。在發(fā)育的過程中涉及多種生命現(xiàn)象，如細胞分裂、細胞分化、細胞遷移、細胞凋亡、生長、衰老和死亡等。二、發(fā)育的細胞共性事件動植物的發(fā)育從細胞水平，共性事件主要包括有：(1)細胞分裂：滿足了細胞的快速增殖和發(fā)育進程；(2)細胞分化：為機體細胞的多樣性提供了保證；(3)模式形成：使細胞分化按一定的時、空順序發(fā)生，確立了機體的統(tǒng)一性；(4)細胞遷移：為器官發(fā)生提供了細胞來源；(5)細胞凋亡：抑制癌變細胞或受損細胞的增殖并及時清除。(1).Celldivision:Cleavage:細胞分裂快、沒有細胞生長的間歇期，因而新生細胞的體積比母細胞小。(2)細胞分化細胞后代在形態(tài)、結構和功能上發(fā)生差異的過程。每個人的一生中都在進行著細胞分化。全能性：一個細胞可分化為機體的所有細胞，如受精卵、植物細胞。成熟動物細胞不具備全能性。60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖，90年代末多利羊的誕生都證明了分化細胞具有完整的DNA。細胞分化－胚胎干細胞胚胎干細胞鼠的受精卵細胞經(jīng)卵裂4天半，形成囊胚，將此時的內細胞團分離培養(yǎng)在飼喂細胞上。細胞分化－成體干細胞細胞分化的機理（一）細胞分裂的不對稱性（二）細胞間的相互作用細胞分化的機理（一）細胞分裂的不對稱性體細胞與生殖細胞的分化核對質的決定作用（二）細胞之間的相互作用1、胚胎誘導2、分化抑制3、細胞數(shù)量效應1、胚胎誘導(embryonicinduction)

：胚胎發(fā)育過程中，一部分細胞影響相鄰細胞向一定方向分化的作用。誘導者(inductor)

：對其它細胞起誘導作用的細胞：（二）細胞間的相互作用典型誘導作用：脊索誘導神經(jīng)管的形成；視泡誘導晶狀體的形成；兩者共同誘導角膜的形成。誘導信號的相互作用可改變發(fā)育命運胚胎發(fā)育早期，細胞的發(fā)育潛力更大！誘導信號的相互作用可改變發(fā)育命運。誘導信號實質是一些具有獨特功能的蛋白因子。Fateofcells:指正常發(fā)育情況下細胞將發(fā)育的方向，這種方向可因條件的改變而改變。Determination:指細胞特性發(fā)生了不可逆的改變，發(fā)育潛力已經(jīng)單一化。Specification:指一組細胞在中性環(huán)境下離體培養(yǎng)，它們仍按其正常命運圖譜發(fā)育。發(fā)育是漸進式的、細胞命運決定于不同的發(fā)育時間2、分化抑制分化成熟的細胞可以產生抑素，抑制相鄰細胞發(fā)生同樣的分化。如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。分化抑制：分化成熟的細胞可以產生抑素，抑制相鄰細胞發(fā)生同樣的分化。3、細胞數(shù)量效應小鼠胚胎胰腺原基在體外進行組織培養(yǎng)時，可發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果把胰原基切成8小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組織。推測可能是細胞數(shù)量不足，導致自分泌或旁分泌信號不足，使增殖和分化受到抑制。（3）.圖式形成（patternformation）：胚胎細胞形成不同組織、器官和構成有序空間結構的過程。如胚軸形成、三胚層形成、體節(jié)形成、肢芽和器官原基形成等事件。

軀體軸線的制定形態(tài)發(fā)生素(morphogen)假說：細胞如何得知已經(jīng)遷至適當位置并應該開始參與形成不同的組織和器官?有人提出形態(tài)發(fā)生素假說來解釋處于胚胎不同部位的細胞在發(fā)育過程的形態(tài)建成行為：形態(tài)發(fā)生素在胚胎的特定部位合成和分泌，然后擴散到周圍組織，形成一種濃度遞減的梯度。細胞通過適當?shù)氖荏w“感知”自身部位的形態(tài)發(fā)生素的濃度，細胞就可以估測自己離形態(tài)發(fā)生素產生源有多遠，并決定分化的方向。實際上，形態(tài)發(fā)生素假說強調的就是位置信息對形態(tài)建成的影響?？茖W家通過對雞的肢芽（limbbuds）發(fā)育的研究，肯定了位置信息在形態(tài)建成中的作用。（4）細胞遷移

雞胚胎的腿和翅開始是由一小團中胚層發(fā)育形成肢芽，肢芽早期為舌形突起,內部為中胚層來源的間葉組織,表面覆蓋著外胚層表皮。當肢芽逐漸長長時，肢芽就會發(fā)育成適當?shù)墓墙M織，并在肢芽的末端形成指。指導肢芽形成的位置信息是由中胚層組織的一小塊區(qū)域發(fā)出的，該區(qū)域稱為極性激活帶(zoneofpolarizingactivity,ZAP),它位于肢芽的后端附近。如果將此處的組織移植到另一個肢芽的前端，其結果會發(fā)育成正常個體的兩倍數(shù)量的指（圖E13-2），這就是位置信息對發(fā)育的影響。

圖E13-2在雞胚翅形成過程中后中胚層位置信息的的作三、發(fā)育的基本過程配子形成受精作用卵裂：具有細胞分裂期而沒有細胞生長期。原腸胚期：細胞運動，細胞之間的位置發(fā)生改變。神經(jīng)胚形成階段：形成腦和脊髓的原基－神經(jīng)管。胚軸主要指從胚胎前端到后端之間的前－后軸和背側到腹側之間的背－腹軸。器官發(fā)生。變態(tài)和成熟

發(fā)育生物學研究中的主要模式動物

各種模式動物各有優(yōu)點，其研究成果不僅可以揭示特定物種的特點，還有助于動物發(fā)育的一些普遍規(guī)律和機制。

(一)InvertebrateModels美國著名遺傳學家摩爾根創(chuàng)立的遺傳的染色體理論Drosophilamelanogaster:

Insectmodel果蠅與輻射遺傳學的誕生果蠅Hox基因的研究發(fā)現(xiàn)導致了分子發(fā)育生物學新的熱潮

主要優(yōu)點

1.體積小(0.6cm)，易于繁殖(30代）；

2.產卵力強；

3.性成熟短(10d)；

4.易于遺傳操作：

如誘變；

5.基因組序列已全

部測出(Science,

Mar.24,2000)。(120Mbencodes13,601proteins)1.Drosophilamelanogaster:InsectmodelSydneyBrennerJohnSulstonRobertHorvitz2、Caenorhabditiselegans:Wormmodel

主要優(yōu)點

1.易于養(yǎng)殖：成蟲

體長1mm，易冷

凍保存；

2.性成熟短：2.5-3

天，兩種成蟲；

3.細胞數(shù)量少，譜

系清楚；

4.易于誘變；

5.基因組序列已全部測出(Science,Dec.11,1998)。(97MBencodes19,099proteins.)RNAinducedsilencingcomplex

中國在重要科學領域缺席反映的科技體制和文化問題

———諾貝爾獎引發(fā)的思考

中國科技文化中的非科學因素(二)、VertebrateModels

1.Xenopuslaevis:Amphibianmodel

主要優(yōu)點

1.性成熟短；

2.卵體大，易于操作；

3.抗感染力強，易于組織移植；

1.XenopuslaevisandXenopustropicalis

主要優(yōu)點

1.體積小，易于飼

養(yǎng)殖；

2.產卵力強；

3.性成熟短；

4.易于遺傳操作：

如誘變；

5.體外受精和發(fā)育，易于觀察；

6.基因組序列已全

部測出。2.Daniorerio(zebrafish)3.Musmusculus(Mouse)urchin4.Gallusgallus(Chicken)雞基因組圖譜的建立

2004年，由中國、英國、瑞典、荷蘭、德國和美國科學家組成的聯(lián)合研究小組，利用從國際基因組計劃獲得的基因組序列原始數(shù)據(jù)，通過生物信息學方法，對紅原雞基因組和現(xiàn)代生產雞種基因組作