1、发育生物学发育生物学生命既丰富多彩又非常奇妙生命既丰富多彩又非常奇妙绪论绪论Metamorphosis胚后发育胚后发育:两栖类变态两栖类变态鲆鲽类发育变态鲆鲽类发育变态When the summer flounder (Paralichthys dentatus) larva is about 10 mm long, the right eye begins to migrate over to the left side of the fish via a process that involves bone resorption and rotation of the fishs neur
2、ocranium. The entire metamorphosing process occurs quickly, over about a 5-day period in starry flounders, in less than 1 day in some species. Developmental Processes什么是发育什么是发育发育是生命活动的共同属性发育是生命活动的共同属性。从单细胞生物。从单细胞生物到多细胞生物，从原核生物到真核生物，任到多细胞生物，从原核生物到真核生物，任何生物体都有一个发生、发展、终结的有序何生物体都有一个发生、发展、终结的有序变化过程，其体制、结
3、构和功能亦随之经历变化过程，其体制、结构和功能亦随之经历由简单到复杂然后衰退的变化。由简单到复杂然后衰退的变化。发育产生细胞的多样性并使各种细胞在本世发育产生细胞的多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的代有机体中有严格的时间和空间的次序性时间和空间的次序性，世代重复出现，世代重复出现，保证生物世代的交替和生命保证生物世代的交替和生命的连续。的连续。本课程的主要讲授内容本课程的主要讲授内容H 序言：发育生物学中的一些基本原理；发育生物学序言：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。中的动物模型；发育生物学中的现代技术。H 胚胎的早期发育：卵裂、原肠作用、神
4、经胚作用。胚胎的早期发育：卵裂、原肠作用、神经胚作用。H 细胞分化的机制：侧重基因表达的调控对组织器官细胞分化的机制：侧重基因表达的调控对组织器官形成和分化的影响。形成和分化的影响。H 发育过程中的细胞互相作用发育过程中的细胞互相作用H 经典而重要的热点问题：性别决定与生殖细胞，老经典而重要的热点问题：性别决定与生殖细胞，老化与寿命，体重肥胖与疾病，干细胞培养与动物克化与寿命，体重肥胖与疾病，干细胞培养与动物克隆隆教材及参考书教材及参考书HLewis Wolpert主编：主编： Principles of Development，1998.HKlaus Kalthoff:Analysis of
5、 Biological Development，2nd edition, 2001.HBruce M. Carlson: Human Embryology & Developmental Biology, 2nd Edition,1999.HScott Gilbert编编:Developmental Biology，6th Editions, 2000.H发育生物学发育生物学 ， 尤永隆尤永隆, 林丹军林丹军, 张彥定主编张彥定主编 ，科学出版社，科学出版社 2011 H发育生物学发育生物学 ，王方海，金立培编著，中山大学出版社，王方海，金立培编著，中山大学出版社2011H发育生物学发育生物学
6、 ， 安利国主编安利国主编 ，科学出版社，科学出版社 2010H发育生物学，张红卫主编，高等教育出版社，发育生物学，张红卫主编，高等教育出版社，2005 年年10 月，第二版月，第二版H发育生物学，桂建芳主编，科学出版社，发育生物学，桂建芳主编，科学出版社，2005 年年8 月，第一版月，第一版发育生物学相关期刊发育生物学相关期刊 CELL NATURE SCIENCE GENES &. DEVELOPMENT DEVELOPMENT DEVELOPMENTAL BIOLOGY MECHANISMS OF DEVELOPMENT NATURE CELL BIOLOGY DEVELOPMENTA
7、L DYNAMICS DEVELOPMENTAL GENETICS (GENESIS) DEVELOPMENT GROWTH & DIFFERENTIATION DEVELOPMENT GENES AND EVOLUTION REPRODUCTION FERTILITY AND DEVELOPMENT MOLECULAR REPRODUCTION AND DEVELOPMENT SEMINARS IN CELL & DEVELOPMENTAL BIOLOGY DEVELOPMENTAL NEUROSCIENCE DEVELOPMENTAL REVIEW DEVELOPMENTAL PSYCHO
8、BIOLOGY IN VITRO CELLULAR & DEVELOPMENTAL BIOLOGY-ANIMAL INTERNATIONAL JOURNAL OF DEVELOPMENTAL BIOLOGYDevelopmental Biology Web ResourcesDevelopmental Biology OnLine (Univ. of Wis.)The Virtual Embryo (Univ. of Alberta, Canada)The Visible Embryo (U. C. San Fran.)The Human Embryo (Univ. Penn.)Develop
9、mental Markers (Univ. of Texas)Society for Develop. Biology (Purdue Univ.)Develop. Biology Resources (Purdue Univ.)Drosophila WWW Library (Stanford Univ.)Randall Moons Lab (U. Washington)Paul Macdonalds Lab (Stanford Univ.)FlyBase Drosophila Database (Indiana Univ.)Sea Urchin Embryology (Stanford Un
10、iv.)FishScope (Univ. of Washington)Zygote (Swarthmore)Zebrafish Develop. Database (Univ. of Oregon)第一篇第一篇 基本原理与研究技术基本原理与研究技术第一章第一章发育生物学的发展简史发育生物学的发展简史 一一 、发育生物学发育生物学是研究生物发育本质的科学。是研究生物发育本质的科学。发展基础：发展基础：胚胎学、遗传学、细胞生物学、生化与分子生胚胎学、遗传学、细胞生物学、生化与分子生物学物学。 同一受精卵分裂产生的细胞怎样变得不同？同一受精卵分裂产生的细胞怎样变得不同？ 这些不同的细胞如何构成不同组
11、织器官？受到哪些基因调控？这这些不同的细胞如何构成不同组织器官？受到哪些基因调控？这些基因间如何相互作用？这些相互作用如何导致生理效应？些基因间如何相互作用？这些相互作用如何导致生理效应？ 是什么在控制细胞的行为，以至出现高度有序的发育模式？是什么在控制细胞的行为，以至出现高度有序的发育模式？ 发育组织者及其作用要素如何隐含在受精卵之内，特别是遗传物发育组织者及其作用要素如何隐含在受精卵之内，特别是遗传物质质-DNA-DNA之内？之内？ 胚胎学从动物受精到出生之间有机体的发胚胎学从动物受精到出生之间有机体的发育，即胚胎发育。育，即胚胎发育。 有机体的发育在出生后并未停止，大多数有机体的发育在出
12、生后并未停止，大多数成年生物体依然继续发育。因此，发育生成年生物体依然继续发育。因此，发育生物学研究内容包括胚后发育。物学研究内容包括胚后发育。发育生物学与胚胎学发育生物学与胚胎学发育生物学发育生物学 应用应用现代生物学技术现代生物学技术研究生物发育现象与研究生物发育现象与本质。本质。 主要研究多细胞生物主要研究多细胞生物从生殖细胞的发生、从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生受精、胚胎发育、生长、衰老和死亡即生长、衰老和死亡即生物物个体发育个体发育(ontogeny)(ontogeny)中生命过程发展变化中生命过程发展变化的机制的机制。 研究研究生物种群系统发生物种群系统发生生(phyloge
13、ny)(phylogeny)的机制的机制。Life Tree二、发育生物学发展简史二、发育生物学发展简史1、后成论、后成论(epigenesis)和先成论和先成论(preformation)之争之争 希腊哲学家希腊哲学家Aristotle在公元前第在公元前第4世纪在对鸡胚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和一些无脊椎动物胚胎观察后提出胚胎发育的两种假设：假设： Preformation:生物个体的一切组成部分都早就存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。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，
14、各种结构是逐渐在胚胎的发育过程中，各种结构是逐渐形成的。形成的。17世纪，精原学说的代表人世纪，精原学说的代表人物物Nicholas Hartsoeker所想所想像的精子中的微型人像的精子中的微型人法国科学家法国科学家Bonnet(1745)提提出胚胎发育套装论出胚胎发育套装论:动物卵子动物卵子包含由它生出的所有后代个包含由它生出的所有后代个体。体。(卵原学说卵原学说)17世纪，意大利胚胎学家世纪，意大利胚胎学家 Marcello Malpighi观察到的观察到的鸡胚鸡胚H 19世纪世纪30年代末：年代末：Mathias Schleiden和和Theodor Schwann提出细胞学说提出细胞
15、学说(cell theory)。H 1840, August Weismann提出了生殖细胞论，认为后代个提出了生殖细胞论，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，子是一个细胞，其分裂产生的细胞可分化出不同组织，从而否定了从而否定了preformation论。论。H 19世纪对世纪对Sea Urchin受精卵的观察发现，受精卵的观察发现，受精卵含有两受精卵含有两个细胞核，并最终合并为一个细胞核，表明个细胞核，并最终合并为一个细胞核，表明细胞核含有细胞核含有遗传的物质基础。遗传的物质
16、基础。H 19世纪末，染色体世纪末，染色体的发现的发现和发现染色体数目在发育中的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。变化规律，使孟德尔遗传定律有了物质基础。2、细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念、细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念3、遗传学、分子生物学与发育生物学相伴而来、遗传学、分子生物学与发育生物学相伴而来H1900年，孟德尔遗传定律研究遗传元素在世代间的传递。年，孟德尔遗传定律研究遗传元素在世代间的传递。H1909年荷兰植物学家年荷兰植物学家Wilhelm Johannsen提出基因型和表现型的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。概念
17、，首次使遗传学和胚胎发育学发生关系。H20世纪世纪40年代证明：年代证明：DNA是遗传物质是遗传物质，控制蛋白质的合成，控制蛋白质的合成。H20世纪世纪50年代发现：年代发现：DNA为双螺旋结构。为双螺旋结构。H20世纪世纪60年代：三联体密码被破解。年代：三联体密码被破解。H20世纪世纪70年代：年代：DNA重组技术出现。重组技术出现。H20世纪世纪80年代：转基因技术出现。年代：转基因技术出现。H20世纪世纪90年代：动物克隆技术出现。年代：动物克隆技术出现。H世纪之交：世纪之交：HGP(human genome project)。H新的突破：新的突破：stem cells, proteo
18、mics, conditional gene knockout, mutagenesis第二章第二章 发育的细胞和分子基础发育的细胞和分子基础 发育是物种遗传特性的表达和展现发育是物种遗传特性的表达和展现, 是遗传是遗传信息按照特定的时间和空间表达的结果信息按照特定的时间和空间表达的结果, 是生是生物体物体基因型基因型(genotype)与与内外环境因子内外环境因子相互作相互作用用, 并逐步转化为并逐步转化为表型表型(phenotype)的过程的过程. 细胞分化（细胞分化（Cell differentiation） Question I 形态发生（形态发生（Morphogenesis）Ques
19、tion II 区域特化（区域特化（Regional specification） 器官发生（器官发生（ organogenesis） 生长（生长（Growth）Question III 繁殖（繁殖（Reproduction）Question IV 进化（进化（Evolution）Question V 与环境的关系（与环境的关系（Environmental integration ）Question VI 二、二、发育生物学的疑难问题发育生物学的疑难问题Question I-分化（分化（Differentiation）Restriction of cell potency全能细胞全能细胞-多能
20、细胞多能细胞-终极分化细胞终极分化细胞 * (1014 cells/250 types of cells in the human body)Question II-形态发生形态发生（Morphogenesis）最突出的形态变化发生在最突出的形态变化发生在原肠作用开始之后。原肠作用开始之后。*Question III-生长（生长（Growth）体积会显著增长，体积会显著增长，原因在于细胞数量原因在于细胞数量增加、细胞体积增增加、细胞体积增加和胞外物质的积加和胞外物质的积累。不同组织器官累。不同组织器官生长速度各异。生长速度各异。*Question IV-繁殖（繁殖（Reproduction）S
21、ex Determination and Gametogenesis*Question V-进化进化 (Evolution） How do changes in development create new body forms? 鸟翼由四足动物前肢演化而来。鸟翼由四足动物前肢演化而来。*Question VI-环境（环境（Environmental integration） Environmental regulation of animal development Predator-induced defensesGenotype vs Phenotype*发育生物学成为生命科学研究的前沿
22、和主战场发育生物学成为生命科学研究的前沿和主战场Science 2005, 309: 78-102. What dont we know? What is the biological basis of consciousness?Why do humans have so few genes?To what extent are genetic variation and personal health linked?How much can human life span be extended?What controls organ regeneration?How can a skin
23、 cell become a nerve cell?How does a single somatic cell become a whole plant?Are we alone in the universe?How and where did life on earth arise?What determines species diversity?What genetic changes made us uniquely human?How are memories stored and retrieved?How did cooperative behaviour evolve?Ho
24、w will big pictures emerge from a sea of biological data?How far can we push chemical self-assembly?Can we selectively shut off immune responses?Is an effective HIV vaccine feasible?How hot will the greenhouse world be?How do organs and whole organisms know when to stop growing?How can genome change
25、s be inherited?How is asymmetry determined in the embryo?How do limbs, fins, and faces develop and evolve?How much do vertebrates depend on the innate immune system to fight infection?What triggers puberty?Are stem cells at the heart of all cancers?Why doesnt a pregnant woman reject her fetus?Do phe
26、romones influence human behavior?What is the biological root of sexual orientation?What dont we know?(60 out of 100 questions are biology-related; and 10 development-related)发育生物学对社会的影响发育生物学对社会的影响In vitro fertilization 试管婴儿试管婴儿Artificial insemination by donor 人工授精人工授精异常发育机制：异常发育机制：Teratology (Develo
27、pmental toxicology)畸形畸形CancerHIV胎儿酒精综合征胎儿酒精综合征(fetal alcohol syndrome; FAS)FAS患者身体和心理发患者身体和心理发育迟缓育迟缓- -头小头小,人中模糊不清人中模糊不清,上唇狭窄上唇狭窄,鼻梁较低鼻梁较低.平均智商平均智商6868左右左右; ;足龄足龄16.516.5岁岁FASFAS患者所患者所掌握词汇与掌握词汇与6.56.5岁正常儿童相岁正常儿童相当当, ,数学能力只有数学能力只有4 4年级水平年级水平. .嗜酒母亲所生婴儿嗜酒母亲所生婴儿30-30-40%40%患患FAS. .三、发育的三、发育的细胞细胞基础基础(一一
28、)、发育的基本阶段（、发育的基本阶段（ major developmental processes） 受精（受精（fertilization）、卵裂（）、卵裂（cleavage）、原肠形成）、原肠形成（gastrulation）、器官发生（）、器官发生（organogenesis）、变态）、变态（metamorphosis）和成熟（）和成熟（maturity）一般来说，前四个阶段统称为胚胎发生期一般来说，前四个阶段统称为胚胎发生期（embryogenesis），然后为），然后为变态期变态期和成体期。和成体期。动物发育的基动物发育的基本阶段及其主本阶段及其主要特征要特征（二）、发育的细胞共性事件
29、（二）、发育的细胞共性事件H细胞分裂（细胞分裂（cell division): 满足了细胞的快速增殖和发育进程满足了细胞的快速增殖和发育进程H细胞分化（细胞分化（cell differentiation）:为机体细胞的多样性提供为机体细胞的多样性提供了保证了保证H模式形成（模式形成（pattern formation）: 使细胞分化按一定的时空使细胞分化按一定的时空顺序发生，确立了机体的统一性顺序发生，确立了机体的统一性H细胞迁移（细胞迁移（cell migration）:为器官发生提供了细胞来源为器官发生提供了细胞来源H细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis）:抑制癌变细胞或受损细胞的增殖并
30、抑制癌变细胞或受损细胞的增殖并及时清除及时清除1. 细胞分裂细胞分裂 Cell division: 受精，是受精，是2个单倍体配子个单倍体配子精子和卵子，融合形成二倍体合精子和卵子，融合形成二倍体合子的过程，此过程刺激了卵子的发育。卵裂同时开始。子的过程，此过程刺激了卵子的发育。卵裂同时开始。 Cleavage: 细胞分裂快、细胞分裂快、没有细胞生长的间歇期，因而新生细没有细胞生长的间歇期，因而新生细胞的体积比母细胞小。胞的体积比母细胞小。2.模式形成Pattern formation: (1)原肠胚形成（gastrulation).2. 模式形成模式形成Pattern formation:
31、(2) 躯体轴线的制定躯体轴线的制定 发育的分子基础是基因的特异表达，是基因按照特定的时间和空间表达的结果，是生物体基因型（genotype）与内外环境因子相互作用，并逐步转化为表型（phenotype）的过程。（一）基因控制细胞行为基因控制细胞行为 是通过是通过控制细胞中的蛋控制细胞中的蛋 白质的生成白质的生成而实现的而实现的四、发育的四、发育的分子分子基础基础(二二)、发育是渐进式的、细胞命运决定于不同的发育时间、发育是渐进式的、细胞命运决定于不同的发育时间细胞命运细胞命运Fate of cells:指正常发育情况下细胞将发育的方向，这种方向可因指正常发育情况下细胞将发育的方向，这种方向可
32、因条件的改变而改变。条件的改变而改变。细胞决定细胞决定Determination:指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单一化。一化。细胞特化细胞特化Specification:指一组细胞在中性环境下离体培养，它们仍按其正指一组细胞在中性环境下离体培养，它们仍按其正常命运图谱发育。常命运图谱发育。(三三)、诱导信号的相互作用可使细胞互为不同，改变发育命运、诱导信号的相互作用可使细胞互为不同，改变发育命运扩散性信号分子扩散性信号分子跨膜蛋白的直接互作跨膜蛋白的直接互作间隙连接间隙连接(gap junction)信号传导特点信号传导特点H 传递距离有
33、限传递距离有限H 并非所有细胞都能对某种信号并非所有细胞都能对某种信号发生反应。发生反应。H 不同类型细胞可对同一信号发不同类型细胞可对同一信号发生不同反应生不同反应,e.g., 乙酰胆碱使心乙酰胆碱使心肌收缩频率下降，但促使唾液肌收缩频率下降，但促使唾液腺分泌唾液。腺分泌唾液。 Autonomous cell fatenon-autonomous cell fate诱导信号实质上是一诱导信号实质上是一些些具有独特功能的蛋具有独特功能的蛋白因子白因子(四四)、胞质、胞质决定子（决定子（determinant）的不均匀分布）的不均匀分布及及细胞的细胞的不对称分裂不对称分裂使细胞具有不同的特性使细
34、胞具有不同的特性第三章第三章 发育生物学研究技术和方法发育生物学研究技术和方法 发育是物种遗传特性的表达和展现发育是物种遗传特性的表达和展现, 是遗传是遗传信息按照特定的时间和空间表达的结果信息按照特定的时间和空间表达的结果, 是生是生物体基因型物体基因型(genotype)与内外环境因子相互作用与内外环境因子相互作用, 并逐步转化为表型并逐步转化为表型(phenotype)的过程的过程. 一、显微注射（microinjection） 【实验原理【实验原理】 显微注射技术是利用显微操作系统将外源目的基因直接注入到受精卵的原核中，使外源基因整合到受体细胞的基因组内，再通过胚胎移植技术将整合有外源
35、基因的受精卵移植到受体动物的子宫内发育，从而获得转基因动物。 可直接用不含有原核载体DNA片段的外源基因进行转移；外源基因的长度不受限制, 可达100kb ； 实验周期相对比较短。 不足：设备昂贵；操作复杂；导入外源基因整合位点和拷贝数无法控制；常导致插入位点附近宿主DNA 片段缺失、重组等突变，可造成动物严重的生理缺陷。二、原位杂交n核酸原位杂交技术核酸原位杂交技术就是利用放射性或非放射就是利用放射性或非放射性标记的已知核酸探针，通过放射自显影或性标记的已知核酸探针，通过放射自显影或非放射检测系统在组织、细胞及染色体上检非放射检测系统在组织、细胞及染色体上检测特异测特异DNADNA或或RNA
36、RNA序列的一种技术，是一种直序列的一种技术，是一种直接、简便的研究基因定位和表达的方法。接、简便的研究基因定位和表达的方法。n核酸探针核酸探针是指用放射性同位素、非放射性荧光染料直接或间接标记的，是指用放射性同位素、非放射性荧光染料直接或间接标记的，能与特定的核酸序列发生特异性互补的已知能与特定的核酸序列发生特异性互补的已知DNADNA或或RNARNA片段。根据其来源片段。根据其来源和性质可分为和性质可分为cDNAcDNA探针、基因组探针、基因组DNADNA探针、寡核苷酸探针、探针、寡核苷酸探针、RNARNA探针等。探针等。n基本原理基本原理n当溶液中的当溶液中的DNADNA分子经高温或高分
37、子经高温或高PHPH处理后，处理后，DNADNA双链分子会变性产双链分子会变性产生两条单链，如果将温度逐渐下降或生两条单链，如果将温度逐渐下降或PHPH恢复到中性，单链会按照恢复到中性，单链会按照碱基互补配对的原则，重新形成氢键恢复到原来的双链结构。如碱基互补配对的原则，重新形成氢键恢复到原来的双链结构。如果两条单链的来源不同，只要它们之间的碱基顺序同源互补或者果两条单链的来源不同，只要它们之间的碱基顺序同源互补或者部分同源互补，在条件适宜时，就可以全部或部分复性，产生分部分同源互补，在条件适宜时，就可以全部或部分复性，产生分子杂交。子杂交。1.全胚原位杂交全胚原位杂交（whole mount
38、 in situ hybridization, WISH）广泛用于胚胎发育调控基因表达研究的一种技术2.【实验原理【实验原理】3.用各种标记物标记与体内特定用各种标记物标记与体内特定mRNA互补互补的的RNA分子（反义分子（反义RNA），以它们作为探），以它们作为探针与动物的整体胚胎进行原位杂交，然后针与动物的整体胚胎进行原位杂交，然后用相应的抗体来检查特异探针的分布情况。用相应的抗体来检查特异探针的分布情况。4.2. 胚胎组织切片原位杂交5.解决了探针不能渗入到胚胎内部的问题 mRNA的检测原位杂交原位杂交(in situ hybridization)利用原位杂交技术研究基因表达的时空谱利用
39、原位杂交技术研究基因表达的时空谱mRNA的检测第四章第四章 发育生物学研究中的主要模发育生物学研究中的主要模式动物式动物 由于地球上的生物体具有共同的进化祖先，在生命的基本模式由于地球上的生物体具有共同的进化祖先，在生命的基本模式上具有相同的特征，因此生物学家在研究生命活动的基本规律上具有相同的特征，因此生物学家在研究生命活动的基本规律和人类自身生理病理的过程中，为了研究的方便和可行，常常和人类自身生理病理的过程中，为了研究的方便和可行，常常选用一些特定的物种或者有别于研究主体的生物，这些被选用选用一些特定的物种或者有别于研究主体的生物，这些被选用的生物称为模式生物。的生物称为模式生物。 模式
40、生物的特点有模式生物的特点有:1)生理特征能够代表生物界的某一大类群生理特征能够代表生物界的某一大类群;2)容易获得并易于在实验室内饲养繁殖容易获得并易于在实验室内饲养繁殖;3)容易进行实验操作容易进行实验操作,特别是遗传学分析特别是遗传学分析. 主要优点主要优点1. 体积小，易于体积小，易于繁繁 殖；殖；2. 产卵力强；产卵力强；3. 性成熟短；性成熟短；4. 易于遗传操作：易于遗传操作： 如诱变；如诱变；1. 黑腹果蝇黑腹果蝇Drosophila melanogaster: Insect model (一一) Invertebrate Models果蝇果蝇优势：优势：5. 基因组序列已全基
41、因组序列已全 部测出部测出 (Science, Mar. 24, 2000)。(120Mb encodes 13,601 proteins)6. 染色体巨大，易于定位染色体巨大，易于定位是目前遗传背景最清楚的物种。是目前遗传背景最清楚的物种。14个体节构成的躯干完全对称，一套基因控制了这些体节个体节构成的躯干完全对称，一套基因控制了这些体节从上到下的发生过程，普遍存在于昆虫到人的基因组中，从上到下的发生过程，普遍存在于昆虫到人的基因组中，是决定体轴形成的最基本因素。是决定体轴形成的最基本因素。2、秀丽隐杆线虫秀丽隐杆线虫 Caenorhabditis elegans: Worm model 主
42、要优点主要优点1. 易于养殖：成虫易于养殖：成虫 体长体长1mm，易冷，易冷 冻保存冻保存；2. 生命周期短：生命周期短：2.5-3 天，两种成虫；天，两种成虫；3. 通体透明；细胞数通体透明；细胞数量少，谱系清楚；量少，谱系清楚；4. 易于诱变；易于诱变；5. 基因组序列已全部基因组序列已全部测出测出 (Science, Dec. 11, 1998)。(97MB encodes 19,099 proteins.)秀丽隐杆线虫秀丽隐杆线虫优势：优势：体长体长1mm，构造简单，构造简单，全身透明，细胞数目全身透明，细胞数目少，发育中细胞谱系少，发育中细胞谱系几乎固定，并且易于几乎固定，并且易于追
43、踪。追踪。是第一个完成基因组是第一个完成基因组测序的多细胞动物测序的多细胞动物(二二)、Vertebrate Models1. Xenopus laevis: Amphibian model 主要优点主要优点1. 性成熟短；性成熟短； 2. 卵体大，数量多，卵体大，数量多，易于显微操易于显微操 作；作；3. 抗感染力强，易抗感染力强，易 于组织移植；于组织移植；非洲爪蟾非洲爪蟾两栖类动物模型两栖类动物模型优势：优势：取卵方便。在实验室取卵方便。在实验室条件下，非洲爪蟾可条件下，非洲爪蟾可以常年取卵，只要注以常年取卵，只要注射激素，雌体第二天射激素，雌体第二天就可以产卵。就可以产卵。 主要优点主
44、要优点1. 体积小，易于饲体积小，易于饲 养殖；养殖；2. 产卵力强；产卵力强；3. 性成熟短；性成熟短；4. 易于遗传操作：易于遗传操作： 如诱变；如诱变；5. 体外受精和发育，体外受精和发育， 易于观察；易于观察；6. 基因组序列已全基因组序列已全 部测出。部测出。2. Danio rerio (zebrafish)斑马鱼斑马鱼优势：优势：一、世代周期短（约一、世代周期短（约三个月）三个月）二、胚胎较大并且透二、胚胎较大并且透明易于观察。明易于观察。 斑马鱼是目前唯一可以进行大规模遗斑马鱼是目前唯一可以进行大规模遗传突变筛选的脊椎动物。传突变筛选的脊椎动物。3. Mus musculus
45、(Mouse) 主要优点主要优点1. 易于养殖，易于养殖，快繁，多仔，快繁，多仔，不受季节影响不受季节影响2。已育成千余。已育成千余个独立的远交个独立的远交群和近交系群和近交系 3. 基因组序列基因组序列已全部测出已全部测出 小鼠小鼠优势：优势：一、发育过程与人接一、发育过程与人接近，可以作为人类疾近，可以作为人类疾病的模型动物。病的模型动物。二、世代周期二个月，二、世代周期二个月，在哺乳动物中相当短。在哺乳动物中相当短。缺点：缺点： 胚胎母体内发育，胚胎母体内发育，胚胎极小，很难操作。胚胎极小，很难操作。是目前唯一可以是目前唯一可以进行基因敲除实进行基因敲除实验的脊椎动物。验的脊椎动物。4.
46、 Gallus gallus (Chicken)鸡鸡优势：优势：一、与哺乳动物更加一、与哺乳动物更加接近。接近。二、胚胎体外发育，二、胚胎体外发育，更容易进行试验研究。更容易进行试验研究。是研究肢、体节等器官发育机制的重要模型是研究肢、体节等器官发育机制的重要模型 1. 1. 重要组织器官发育的细胞与分子基础重要组织器官发育的细胞与分子基础 发育生物学是当今生命科学中的一门前沿学科，主要利发育生物学是当今生命科学中的一门前沿学科，主要利用小鼠、斑马鱼、爪蟾、海胆、果蝇、线虫、拟南芥、水用小鼠、斑马鱼、爪蟾、海胆、果蝇、线虫、拟南芥、水稻等模式生物研究生物体从精子和卵子的发生、受精、胚稻等模式生
47、物研究生物体从精子和卵子的发生、受精、胚胎发育、生长，到衰老、死亡的规律。目前的热点研究领胎发育、生长，到衰老、死亡的规律。目前的热点研究领域是从分子和细胞水平阐述一些重要发育途径的调控机理，域是从分子和细胞水平阐述一些重要发育途径的调控机理，这些发育途径包括胚胎诱导作用、胚层的形成和分化、组这些发育途径包括胚胎诱导作用、胚层的形成和分化、组织器官发育、配子发育和细胞的极性运动等，发现新的发织器官发育、配子发育和细胞的极性运动等，发现新的发育相关基因，阐明它们的时空表达谱、表达调控机理和对育相关基因，阐明它们的时空表达谱、表达调控机理和对细胞行为和组织器官形成与分化的影响。细胞行为和组织器官形成与分化的影响。 主要科学问题：发育过程中基因时空表达的遗传和表观主要科学问题：发育过程中基因时空表达的遗传和表观遗传调控机制；机体形成时的格式化（遗传调控机制；机体形成时的格式化（patterningpatterning）；组织）；组织和器官形成中细胞分化和移动的分子基础；以动物发育为和器官形成中细胞分化和移动的分子基础；以动物发育为模型研究人类重大疾病的发生发展机制等。模型研究人类重大疾病的发生发展机制等。
