1发育生物学-动物绪论.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,动物部分,李文辉,发 育 生 物 学,Developmental Biology,思考：由一个受精卵发育而成的胚胎为何会产生巨大的差别？,本科所要学习的内容,1,、,序言：发育生物学中的一些基本原理；发育生物学中的动物模型；发育生物学中的现代技术。,胚胎的早期发育：卵裂、原肠作用、神经胚作用。,细胞分化的机制：侧重基因表达的调控对组织器官形成和分化的影响。,果蝇躯体轮廓发育的分子机制,四肢动物的肢体的发育,性别决定与生殖细胞,第一章 绪 论,第一节 发育生物学发展历史,一、,描述性胚胎学：,后成论,(epigenesis),和先成论,(preformation),之争,希腊哲学家,Aristotle在公元前第4世纪在对鸡胚和一些无脊椎动物胚胎观察后提出胚胎发育的两种假设：,Preformation,:,生物个体的一切组成部分都早就存在于胚胎中，各个部分随着胚胎的发育而长大。,Epigenesis,:,在胚胎的发育过程中，各种结构是逐渐形成的。,17,世纪，意大利胚胎学家,Marcello Malpighi,观察到的鸡胚,17,世纪，精原学说的代表人物,Nicholas Hartsoeker,所想像的精子中的微型人,法国科学家Bonnet(1745)提出胚胎发育套装论,二、细胞胚胎学：细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念,19,世纪,30,年代末：,Mathias Schleiden,和,Theodor Schwann,提出细胞学说。,1840,August Weismann,提出了生殖细胞论，认为后代个体是通过精子和卵子继承亲本描述躯体特征的信息；卵子是一个细胞，其分裂产生的细胞可分化出不同组织，从而否定了,preformation,论。,19世纪对Sea Urchin受精卵的观察发现，,受精卵含有两个细胞核，并最终合并为一个细胞核，表明,细胞核含有遗传的物质基础。,19世纪末，染色体,的发现,和发现染色体数目在发育中的变化规律，使孟德尔遗传定律有了物质基础。,典型代表：,19,世纪,80,年代，,德国胚胎学家,Weismann,提出了,Mosaic and Regulative Development,学说：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。,三、实验胚胎学,支持嵌合体学说的实验证据：,Wilhelm Roux,的实验：实验胚胎学之父,结论是错误的，因为没有移走猝死的一半死亡胚胎,现代发育生物学的全面建立,1900,年，孟德尔遗传定律研究遗传元素在世代间的传递。,1909,年荷兰植物学家,Wilhelm Johannsen,提出基因型和表现型的概念，首次使遗传学和胚胎发育学发生关系。,20世纪40年代证明：DNA是遗传物质,，控制蛋白质的合成,。,20世纪50年代发现：DNA为双螺旋结构。,20世纪60年代：三联体密码被破解。,20世纪70年代：DNA重组技术出现。,20世纪80年代：转基因技术出现。,20世纪90年代：动物克隆技术出现。,世纪之交：,HGP,。,新的突破：,stem cells,proteomics,conditional gene,knockout,mutagenesis,第二节 发育生物学研究的范围,一、发育的简要过程,胚胎发育,经典胚胎学（狭义）：指受精到孵化或者分娩的整个过程,现代胚胎学（广义）：配子发生,-,成体,-,衰老,（胚前期、胚胎期、胚后期）,1.,胚前期：主要指配子发生和形成阶段,2.,胚胎期：主要指从受精到出生或变态。,以人为例：胚期 受精,-,第八周,胎期,以第九周到出生,胚胎期分六个阶段：,（,1,）受精,-,受精卵,（,2,）卵裂,-,囊 胚,（,3,）原肠形成,-,原肠胚,（,4,）器官原基形成,（,5,）生长和组织分化,（,6,）变态,3,、胚后期,性成熟前期、性成熟期、衰老期,卵子正在静静地等待,.,.,精子已经进入了卵子,两原核融合,人类胚胎发育过程,两细胞期,四细胞期,多细胞期（桑葚胚）,囊胚形成,开始着床,早期胚芽,.,手和脚的雏形已经出现,.,脐带出现,从母体获得生长所需要的一切,:,营养,氧气等并且排出废物,.,象条鱼,器官分化出现眼睛,耳朵,手和脚,3,个月,二、发育生物学研究的模式生物,早在,20,世纪初，人们就发现，如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育的现象难题可以得到部分解答。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察。,由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共通规律是可能的,各种模式动物各有优点，其研究成果不仅可以揭示特定物种的特点，还有,助于研究动物发育的一些普遍规律和机制。,（一）无脊椎动物,Invertebrate Models,1.果蝇,Drosophila melanogaster,:Insect model,主要优点,1.,体积小，易于繁 殖；,2.,产卵力强；,3.,性成熟短；,4.,易于遗传操作：如诱变；,5.,基因组序列已全 部测出,(Science,Mar.24,2000),。,(120Mb encodes 13,601 proteins),在世纪生命科学发展的历史长河中，果蝇扮演了十分重要的角色，是十分活跃的模型生物。,1,摩尔根利用果蝇证实了孟德尔定律，而且发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁交换定律,1933,年因此被授予诺贝尔奖。,2,1946,年，摩尔根的学生，被誉为“果蝇的突变大师”的米勒，证明射线能使果蝇的突变率提高,150,倍，因而成为诺贝尔奖获得者。,3,1995,年，诺贝尔奖再次授予三位在果蝇研究中刘易斯、尼尔森沃哈德和维斯郝斯。果蝇为进一步阐明基因,神经（脑）,行为之间关系的研究提供了理想的动物模型,2,、秀丽隐杆线虫,Caenorhabditis elegans:,Worm model,主要优点,1.,易于养殖（培养皿）：成虫 体长,1,mm，易冷冻保存,；,2.,性成熟短：,2.5-3,天，,存在雌雄同体和雄性两类不同生物型。,两种成虫；,3.,体细胞数量少（,959,个体细胞），谱系清楚；,4.,易于观察生殖细胞的发生及生殖系颗粒的传递过程。,5,、,易于诱变；6,.,基因组序列已全部测出,(Science,Dec.11,1998),。,(97MB encodes 19,099 proteins.),用秀丽线虫作为模型研究系统，将有可能鉴定参与发育调控的每一个基因及追踪每一个单细胞的谱系。,细胞凋亡现象及其机理最早是在线虫中被揭示,的。以线虫为基础的凋亡研究对基础和应用生,物学产生的巨大推动作用，卡罗林斯卡医学院,的诺贝尔奖评选委员会将年,2002,年生理和医学,奖授予了线虫生物学的开拓者：西德尼,布雷纳,（,Sydney Brenner,）、约翰,萨尔斯顿（,John,Sulston,）和线虫凋亡之父罗伯特,霍维茨,（,Robert Horvitz,）,海胆的透明胚胎,3,、海胆,研究受精和胚胎早期发生的模式及历史上重要实验的对象,(,二,),、脊椎动物,Vertebrate Models,主要优点,1.,体积小，易于饲 养殖；,2.,产卵力强；,3.,性成熟短；,4.,易于遗传操作：如诱变；,5.,体外受精和发育，,胚胎通体透明，是进行胚胎发育机理和基因组研究的好材料。,6.,基因组序列已全 部测出。,1.,斑马鱼,Danio rerio,(zebrafish),2.非洲爪蟾,Xenopus laevis,:Amphibian(,两栖动物,)model,主要优点,1.,性成熟短；,2.,卵体大，易于操作；,3.,抗感染力强，易于组 织移植；,非洲爪蟾的卵母细胞在卵母细胞减数分裂机理研究中具有不可替代的作用。,参与调节哺乳动物卵母细胞减数分裂的重要蛋白激酶，其作用最初大都是在非洲爪蟾卵子中发现的，开启了细胞周期调控的分子机理之门,。,3.,Gallus gallus,(Chicken),4.,Mus musculus,(Mouse),