早期发育的机制.pptx

第一节第一节 卵裂机制卵裂机制 卵裂速度有差异卵裂速度有差异:蛙蛙 受精卵受精卵 15C 发育发育 43 小时后小时后 约约 33000 个细胞个细胞 兔兔 受精卵受精卵 37C 发育发育 43 小时后小时后 约约 32 个细胞个细胞 鼠鼠 受精卵受精卵 37C 发育发育 43 小时后小时后 约约 8 个细胞个细胞 人人 受精卵受精卵 37C 发育发育 43 小时后小时后 约约 2 个细胞个细胞提出问题提出问题 为什么？为什么？什么因素调控卵裂速度？什么因素调控卵裂速度？无疑是基因组。无疑是基因组。但：是核内基因调控还是细胞质内基因调控的？但：是核内基因调控还是细胞质内基因调控的？卵裂过程中细胞核与质是什么关系？卵裂过程中细胞核与质是什么关系？-卵裂机制问题卵裂机制问题第第1页页/共共45页页卵裂速度受到卵母细胞质的影响卵裂速度受到卵母细胞质的影响例如：例如：取两种早期卵裂速度不同的动物做实验取两种早期卵裂速度不同的动物做实验 以一种动物的卵与另一品种动物的精子杂交。以一种动物的卵与另一品种动物的精子杂交。结果在卵裂时母系卵裂速度占优势。结果在卵裂时母系卵裂速度占优势。说明在受精前卵细胞质已由基因组编制程序，说明在受精前卵细胞质已由基因组编制程序，使得分裂恒定在一定的速度水平。使得分裂恒定在一定的速度水平。甚至在受精前，使卵子去核后，卵裂仍以正常速度进行。甚至在受精前，使卵子去核后，卵裂仍以正常速度进行。第第2页页/共共45页页卵卵 裂裂 期期 细细 胞胞受精卵受精卵胚细胞胚细胞细细 胞胞 体体 积积分分 裂裂 速速 度度大大小小快快慢慢观察结果：观察结果：当卵裂达到体细胞的核质比例时分裂速度就降下来。当卵裂达到体细胞的核质比例时分裂速度就降下来。第第3页页/共共45页页分析认为分析认为:核质比例可能决定卵裂期细胞分裂的速度核质比例可能决定卵裂期细胞分裂的速度结论结论:卵裂过程中细胞核的分裂和细胞质的分裂卵裂过程中细胞核的分裂和细胞质的分裂,是两个并行而又各自相对独立的过程是两个并行而又各自相对独立的过程.一、细胞核分裂一、细胞核分裂核分裂主要是有丝分裂器的作用核分裂主要是有丝分裂器的作用,使子核分到两个子细胞中使子核分到两个子细胞中.有丝分裂器有丝分裂器染色体染色体纺锤体纺锤体星光星光(星体星体,星射线星射线)有丝分裂器主要出现在分裂中期有丝分裂器主要出现在分裂中期.细胞核分裂中有丝分裂器在卵裂中的作用？细胞核分裂中有丝分裂器在卵裂中的作用？第第4页页/共共45页页不同动物不同动物,第一次卵裂时第一次卵裂时,由于核的位置不同由于核的位置不同,因而因而,卵裂沟卵裂沟出现的位点也不同出现的位点也不同.有的近动物极有的近动物极,有的位于中央有的位于中央.第第5页页/共共45页页如果在卵裂沟的如果在卵裂沟的位点没有确定之位点没有确定之前前,改变星光的位改变星光的位置置,卵裂沟的位置卵裂沟的位置也会改变也会改变.如如:用玻璃球压迫用玻璃球压迫海胆受精卵海胆受精卵,转移转移星光的位置实验星光的位置实验.第二次卵裂出现三个卵裂沟第二次卵裂出现三个卵裂沟 第二次卵裂形成四个细胞第二次卵裂形成四个细胞用玻璃球压迫海胆受精卵用玻璃球压迫海胆受精卵产生双核细胞产生双核细胞第第6页页/共共45页页实验证明实验证明:有丝分裂器与卵裂沟的生成位置密切相关有丝分裂器与卵裂沟的生成位置密切相关,星光星光的位置可以决定卵裂沟的位点的位置可以决定卵裂沟的位点,卵裂沟产生在两个星光卵裂沟产生在两个星光的等距离位置的等距离位置,一旦卵裂沟的位点确定一旦卵裂沟的位点确定,有丝分裂器的有丝分裂器的作用就不存在了作用就不存在了.第第7页页/共共45页页二、细胞质分裂二、细胞质分裂研究结果证明研究结果证明:卵裂沟周围由微丝组成卵裂沟周围由微丝组成,微丝提供了卵裂沟微丝提供了卵裂沟 收缩的动力收缩的动力.微丝由肌动蛋白和肌球蛋白组成微丝由肌动蛋白和肌球蛋白组成.细胞质的分裂集中表现在分裂沟的形成上细胞质的分裂集中表现在分裂沟的形成上.07级14次第第8页页/共共45页页总结卵裂机制总结卵裂机制:卵裂卵裂细胞核分裂细胞核分裂:有丝分裂器的作用有丝分裂器的作用细胞质分裂细胞质分裂:(1)分裂物质已在分裂前合成分裂物质已在分裂前合成;(2)星光决定分裂沟的位点星光决定分裂沟的位点;(3)细胞质分裂的结构基础是微丝细胞质分裂的结构基础是微丝.(肌动蛋白和肌球蛋白相互作用）肌动蛋白和肌球蛋白相互作用）核质关系核质关系:卵裂过程中细胞核的分裂和细胞质的分裂卵裂过程中细胞核的分裂和细胞质的分裂,是两个并行而又各自相对独立的过程是两个并行而又各自相对独立的过程.第第9页页/共共45页页第二节第二节 细胞质定域与调节分化的关系细胞质定域与调节分化的关系在受精卵细胞质中物质在受精卵细胞质中物质的分布具有不均匀性的分布具有不均匀性,在在很大程度上决定着发育很大程度上决定着发育中的细胞的早期分化中的细胞的早期分化.细胞质定域细胞质定域:特殊物质在受精卵中的特殊物质在受精卵中的特殊定位特殊定位,以及卵裂时对以及卵裂时对各个子细胞分配的不均各个子细胞分配的不均匀性匀性.调整型卵调整型卵-两栖类两栖类镶嵌型卵镶嵌型卵-海鞘海鞘分分离离两两细细胞胞分分别别发发育育形成两个半个胚胎形成两个半个胚胎分分离离两两细细胞胞分分别别发发育育形成两个完整胚胎形成两个完整胚胎05级15次第第10页页/共共45页页一、具有形态特征的定域一、具有形态特征的定域海鞘：海鞘：受精卵表面有黄色新月和灰色新月形态特征受精卵表面有黄色新月和灰色新月形态特征,两区未来发育分化方向不同两区未来发育分化方向不同.说明特殊卵质与发育中细胞分化有重要的调节关系说明特殊卵质与发育中细胞分化有重要的调节关系不能获得黄色新月的卵质物质则不能发育为中胚层，不能获得黄色新月的卵质物质则不能发育为中胚层，不能获得灰色新月的卵质物质则不能发育为神经组织和脊索。不能获得灰色新月的卵质物质则不能发育为神经组织和脊索。第第11页页/共共45页页角贝角贝:在卵裂中出现极叶在卵裂中出现极叶(形态特征形态特征),极叶物质决定中胚层形成极叶物质决定中胚层形成,如手术去除极叶如手术去除极叶,中胚层则不能形成中胚层则不能形成.说明特殊卵质与发育中细胞分化有重要的调节关系说明特殊卵质与发育中细胞分化有重要的调节关系第第12页页/共共45页页二、细胞质定域的重新排列二、细胞质定域的重新排列并不是所有动物细胞质定域都在受精卵中确定的，并不是所有动物细胞质定域都在受精卵中确定的，而是在卵裂中逐渐重新确立的，如：栉水母而是在卵裂中逐渐重新确立的，如：栉水母栉水母幼虫鞭毛上有：栉板和发光细胞栉水母幼虫鞭毛上有：栉板和发光细胞栉板栉板:体表有体表有8行纵行栉板，每节栉板由纤毛组成行纵行栉板，每节栉板由纤毛组成栉板栉板第第13页页/共共45页页说明说明:栉水母的细胞质定域并不预先存在于受精卵栉水母的细胞质定域并不预先存在于受精卵,而是在卵裂而是在卵裂 中确定的中确定的,所以栉水母卵裂期也是决定子重新排列的活动期所以栉水母卵裂期也是决定子重新排列的活动期.分别培养分别培养:单个单个 细胞，可形成栉板和发光细胞细胞，可形成栉板和发光细胞;单个单个 细胞，可形成栉板细胞，可形成栉板;单个单个 细胞，可形成发光细胞细胞，可形成发光细胞.MEEM第第14页页/共共45页页三、生殖细胞因素的定域三、生殖细胞因素的定域生殖质生殖质(极质极质)-原生殖细胞原生殖细胞-生殖细胞生殖细胞四、调整型胚胎发育的定域四、调整型胚胎发育的定域胚胎发育可分为胚胎发育可分为:镶嵌型发育镶嵌型发育(镶嵌型卵镶嵌型卵)如如 海鞘海鞘,角贝等角贝等;调整型发育调整型发育(调整型卵调整型卵)如海胆如海胆,两栖类两栖类.调整型卵有特殊细胞质定域吗调整型卵有特殊细胞质定域吗?第第15页页/共共45页页调整型发育调整型发育:分离分离2 细胞时期卵裂球细胞时期卵裂球,细胞可调整发育到成体细胞可调整发育到成体.但如分离但如分离 8 细胞时期的卵裂球细胞时期的卵裂球,细胞则不能发育成正常个体细胞则不能发育成正常个体.调调整型胚胎发育的调整能力是有限的整型胚胎发育的调整能力是有限的,这是因为调整型胚胎也具这是因为调整型胚胎也具有形态发生的决定子定域有形态发生的决定子定域.只是第一、第二次卵裂后内含的决只是第一、第二次卵裂后内含的决定子均匀分配到了卵裂球中。定子均匀分配到了卵裂球中。形态发生的决定子（特殊细胞质）是决定细胞分化的特殊因子形态发生的决定子（特殊细胞质）是决定细胞分化的特殊因子第第16页页/共共45页页五、哺乳动物卵裂球命运的决定五、哺乳动物卵裂球命运的决定 哺乳动物的卵是调整型卵哺乳动物的卵是调整型卵,没有明显的细胞质定域没有明显的细胞质定域.提出问题提出问题哺乳动物早期胚胎细胞分化成滋胚层和内胚团两类细胞哺乳动物早期胚胎细胞分化成滋胚层和内胚团两类细胞,其未来分化方向截然不同其未来分化方向截然不同.这是由内部因子这是由内部因子(基因基因)决定的呢决定的呢?还是由外部因子还是由外部因子(胚外环境胚外环境)决定的呢决定的呢?第第17页页/共共45页页(一一)卵裂球发育方向的决定卵裂球发育方向的决定有学者提出有学者提出,卵裂球分化方向是由其所在的位置决定的卵裂球分化方向是由其所在的位置决定的.有人用鼠的胚胎做了这样的实验有人用鼠的胚胎做了这样的实验:证明证明:内胚团和滋胚层细胞的决定不是由预先已存在的细胞质内胚团和滋胚层细胞的决定不是由预先已存在的细胞质决定子决定的决定子决定的,而是由发育过程中的某些条件而是由发育过程中的某些条件(位置位置)决定的决定的.第第18页页/共共45页页有人用两个不同品系有人用两个不同品系(黑黑白白)的鼠胚胎做了嵌合体鼠的实验的鼠胚胎做了嵌合体鼠的实验:说明说明:哺乳类卵裂期哺乳类卵裂期,卵裂球的命运没有确定卵裂球的命运没有确定,位置决定发育方向位置决定发育方向.第第19页页/共共45页页更有说服力的嵌合体鼠的实验更有说服力的嵌合体鼠的实验:实验说明：嵌合在中间的供体白鼠细胞发育成了内胚团实验说明：嵌合在中间的供体白鼠细胞发育成了内胚团,进进而发育成了胚体。进一步证明细胞的位置决定发育方向。而发育成了胚体。进一步证明细胞的位置决定发育方向。第第20页页/共共45页页实验结果证明实验结果证明:哺乳动物胚胎卵裂期的卵裂球发育的命运哺乳动物胚胎卵裂期的卵裂球发育的命运 没有确定没有确定,发育的方向决定于卵裂球在多细胞发育的方向决定于卵裂球在多细胞 团中的相关位置团中的相关位置,即外部因素作用的结果即外部因素作用的结果.(或者说或者说,卵裂球发育的方向取决于环境因素卵裂球发育的方向取决于环境因素)(二二)非胚胎细胞的发育潜能非胚胎细胞的发育潜能实验说明癌细胞的恶性特征基因表达可以被正常细胞分化的基实验说明癌细胞的恶性特征基因表达可以被正常细胞分化的基因表达所取代因表达所取代,导致正常的细胞分化导致正常的细胞分化.同时同时,进一步证明了哺乳进一步证明了哺乳类胚胎发育的调整能力类胚胎发育的调整能力,也证明了非胚胎细胞具有发育潜能也证明了非胚胎细胞具有发育潜能.实验实验 1.第第21页页/共共45页页实验实验 2.说明癌细胞基因得说明癌细胞基因得到了表达到了表达,而人的基而人的基因是否参与表达尚因是否参与表达尚未得到确定未得到确定.白色被毛占白色被毛占20%第第22页页/共共45页页实验结果证明实验结果证明:哺乳动物胚胎卵裂期的卵裂球发育的命运哺乳动物胚胎卵裂期的卵裂球发育的命运 没有确定没有确定,发育的方向决定于卵裂球在多细胞发育的方向决定于卵裂球在多细胞 团中的相关位置团中的相关位置,即外部因素作用的结果即外部因素作用的结果.(或者说或者说,卵裂球发育的方向取决于环境因素卵裂球发育的方向取决于环境因素)同时同时,进一步证明了哺乳类胚胎发育的调整进一步证明了哺乳类胚胎发育的调整 能力能力,也证明了非胚胎细胞具有发育潜能。也证明了非胚胎细胞具有发育潜能。06级15次第第23页页/共共45页页第三节第三节 早期发育的基因表达早期发育的基因表达卵子受精后开始发育卵子受精后开始发育,整个发育过程都是由基因控制的整个发育过程都是由基因控制的,在发育的各个时期在发育的各个时期,基因表达导致各种发育性状的出现基因表达导致各种发育性状的出现.提出问题提出问题早期发育的基因早期发育的基因母体基因母体基因 (卵子基因卵子基因)合子基因合子基因 (胚胎基因胚胎基因)在发育早期在发育早期(合子合子 原肠胚原肠胚)基因是如何表达的呢基因是如何表达的呢?第第24页页/共共45页页人的体细胞周期图示人的体细胞周期图示 人体宫颈癌（人体宫颈癌（HeLa）细胞培养）细胞培养第第25页页/共共45页页人的体细胞周期与胚胎卵裂的细胞周期比较人的体细胞周期与胚胎卵裂的细胞周期比较胚胎发育早期卵裂的细胞周期中胚胎发育早期卵裂的细胞周期中,往往缺少往往缺少G1 G2 期期.第第26页页/共共45页页胚胎卵裂的细胞周期胚胎卵裂的细胞周期胚胎发育早期卵裂的细胞周期中胚胎发育早期卵裂的细胞周期中,往往缺少往往缺少G1 G2 期期.第第27页页/共共45页页一、母体基因的调节一、母体基因的调节卵母细胞进入减数分裂前的基因组卵母细胞进入减数分裂前的基因组 -母体基因母体基因(卵子基因卵子基因)母体基因在卵母细胞进入减数分裂前即进行了转录母体基因在卵母细胞进入减数分裂前即进行了转录,并将并将转录合成的绝大多数物质转录合成的绝大多数物质(包括包括 mRNA,rRNA,tRNA)贮贮存在卵母细胞之中存在卵母细胞之中,在早期发育在早期发育(卵裂卵裂)过程中被逐步的过程中被逐步的利用利用(转译转译),合成决定发育方向合成决定发育方向(分化方向分化方向)的特殊物质的特殊物质.实验证明如下实验证明如下:第第28页页/共共45页页离心离心离心离心无核卵片无核卵片有核卵片有核卵片海胆卵海胆卵证明实验证明实验(1)海胆无核卵的卵裂实验海胆无核卵的卵裂实验:第第29页页/共共45页页说明无核卵可以发育说明无核卵可以发育,在特殊细胞质物质指导下发育在特殊细胞质物质指导下发育.第第30页页/共共45页页证明实验证明实验(2)豹蛙去核卵的发育豹蛙去核卵的发育说明无核卵可以发育说明无核卵可以发育,在特殊细胞质物质指导下发育在特殊细胞质物质指导下发育.第第31页页/共共45页页证明实验证明实验(3)椎实螺螺壳旋向的实验观察分析椎实螺螺壳旋向的实验观察分析第第32页页/共共45页页椎实螺螺壳旋向取决于卵裂初期纺锤体的方向，椎实螺螺壳旋向取决于卵裂初期纺锤体的方向，而纺锤体的方向决定于卵质中母体基因的表达。而纺锤体的方向决定于卵质中母体基因的表达。第第33页页/共共45页页说明发育早期是受细胞质说明发育早期是受细胞质(母体基因母体基因)的指导的指导子代旋向取决于母体基因型子代旋向取决于母体基因型母体基因型决定子代旋向。母体基因型决定子代旋向。第第34页页/共共45页页总结总结:实验说明实验说明,胚胎发育早期是受细胞质的指导胚胎发育早期是受细胞质的指导,而而不是合子基因组的控制不是合子基因组的控制.没有细胞核的合子能进行早期发育没有细胞核的合子能进行早期发育,这表明这种这表明这种发育的信息在卵子发生中就已经贮备了发育的信息在卵子发生中就已经贮备了.在卵裂期的发育是母体基因的表达在卵裂期的发育是母体基因的表达,而不是合子而不是合子基因的表达基因的表达,这称为这称为母体效应母体效应.第第35页页/共共45页页二、早期胚胎发育的蛋白质合成二、早期胚胎发育的蛋白质合成卵裂的实质反应在蛋白质的变化上卵裂的实质反应在蛋白质的变化上.一方面要消耗蛋白质一方面要消耗蛋白质,另一方面要合成大量的各种蛋白质另一方面要合成大量的各种蛋白质.1.蛋白质的合成蛋白质的合成与快速与快速卵裂相关的蛋白质卵裂相关的蛋白质 如如:构成染色体的构成染色体的组蛋白组蛋白;形成卵裂沟的微丝形成卵裂沟的微丝肌动蛋白肌动蛋白;构成有构成有丝分裂器的丝分裂器的微管蛋白微管蛋白;形成卵裂球形成卵裂球新质膜的各种蛋白新质膜的各种蛋白;代谢所需要的各种代谢所需要的各种酶类酶类等等.07级15次第第36页页/共共45页页卵裂蛋白质合成的指导信息来自卵细胞质中预存的卵裂蛋白质合成的指导信息来自卵细胞质中预存的 mRNA卵源性卵源性mRNA:在卵子发生时转录合成的在卵子发生时转录合成的mRNA,贮存在卵母细胞质中贮存在卵母细胞质中,并在卵裂时转译合成蛋白质并在卵裂时转译合成蛋白质,这些这些mRNA称称卵源性卵源性mRNA.前述实验已经证明了前述实验已经证明了发育初期蛋白质的合成基于卵源性发育初期蛋白质的合成基于卵源性mRNA的表达的表达.第第37页页/共共45页页2.蛋白质合成的抑制蛋白质合成的抑制卵源性卵源性mRNA在受精前不能表达在受精前不能表达,可能受到某种因素的抑制可能受到某种因素的抑制.有两种抑制假说有两种抑制假说(1)封闭的卵源信息假说封闭的卵源信息假说(2)结构隔离作用假说结构隔离作用假说总之总之,在未受精卵内贮存的在未受精卵内贮存的mRNA是处于不活动的被抑制状态是处于不活动的被抑制状态,不能表达不能表达,而只有受精后才能解除抑制实现表达而只有受精后才能解除抑制实现表达,合成蛋白质合成蛋白质.3.贮存贮存mRNA的激活的激活第第38页页/共共45页页海胆卵发育的启动机制海胆卵发育的启动机制3.贮存贮存mRNA的激活的激活Ca+Ca+H+H+Na+Na+pH值升高值升高代谢活动增强代谢活动增强发育启动发育启动膜膜电电位位改改变变 60 mV 80 mV 10 mV +10 mV皮层颗粒破裂皮层颗粒破裂 释放内含物释放内含物受精受精自由自由Ca+分离释放分离释放Na+-H+交换交换激活激活激活激活皮层反应皮层反应受精酸受精酸贮存贮存mRNA的激活的激活第第39页页/共共45页页三、合子基因组转录的开始和控制三、合子基因组转录的开始和控制受精以后受精以后,由父本和母本基因结合而形成的新的基因组由父本和母本基因结合而形成的新的基因组 -合子基因合子基因(胚胎基因胚胎基因)发育初期发育初期,蛋白质的合成受卵源性蛋白质的合成受卵源性mRNA的指导的指导,随着发育的随着发育的进行进行,卵源性卵源性mRNA不断被消耗不断被消耗,合子基因组逐渐开始转录合合子基因组逐渐开始转录合成新的成新的mRNA,并转译合成蛋白质并转译合成蛋白质,从而使发育过程由预存的从而使发育过程由预存的信息信息(卵源性卵源性mRNA)控制逐渐转变为由胚胎细胞核产生的胚控制逐渐转变为由胚胎细胞核产生的胚胎性胎性mRNA控制控制.05级16次第第40页页/共共45页页控制的转变是逐渐过渡的控制的转变是逐渐过渡的.一般低等动物在囊胚期过渡一般低等动物在囊胚期过渡.母体基因作用区段母体基因作用区段卵源性卵源性mRNA控制控制合子基因作用区段合子基因作用区段胚胎性胚胎性mRNA控制控制合子合子囊胚囊胚囊胚后发育囊胚后发育作用强度作用强度作用强度作用强度第第41页页/共共45页页四、哺乳动物早期发育的基因表达四、哺乳动物早期发育的基因表达主要特点：主要特点：母体基因控制发育的时间短母体基因控制发育的时间短.(鼠到鼠到 2细胞期细胞期,兔到兔到 8细胞期细胞期)胚胎基因早期即开始表达控制发育胚胎基因早期即开始表达控制发育.这是哺乳动物与非哺乳动物早期发育基因表达的重要区别这是哺乳动物与非哺乳动物早期发育基因表达的重要区别.所以所以:哺乳动物胚胎发育慢哺乳动物胚胎发育慢,胚胎期时间较长胚胎期时间较长.非哺乳动物胚胎发育快非哺乳动物胚胎发育快,胚胎期时间较短胚胎期时间较短.第第42页页/共共45页页第四节第四节 胚胎移植简介胚胎移植简介胚胎移植有两种情况胚胎移植有两种情况(1)直接胚胎移植直接胚胎移植取胚取胚-移植移植-生产生产供体供体受体受体第第43页页/共共45页页(2)试管婴儿试管婴儿取卵子和精子取卵子和精子-体外受精体外受精-体外培养体外培养-移植移植-生产生产供体供体受体受体试管试管获能获能第第44页页/共共45页页胚胎移植的要点胚胎移植的要点 1.供体超数排卵供体超数排卵 用激素处理用激素处理(绒毛膜促性腺激素绒毛膜促性腺激素)(作用同促性腺激素作用同促性腺激素),以使供体排出多于正常的卵子以使供体排出多于正常的卵子;2.受体同期发情受体同期发情 用激素处理用激素处理(孕激素孕激素,雌激素雌激素),以使受体接受着床实现人为控制以使受体接受着床实现人为控制;3.胚胎采集和保存胚胎采集和保存 (1)胚胎采集胚胎采集:外科手术法外科手术法;非外科手术法非外科手术法.(2)胚胎保存胚胎保存:借体保存借体保存;低温保存低温保存(0C以上以上-37C以下以下);超低温保存超低温保存(液氮液氮-196C).第第45页页/共共45页页