1、 发育生物学发育生物学基本原理与技术基本原理与技术 生命发育的基本过程生命发育的基本过程 细胞分化与发育的调控机制细胞分化与发育的调控机制 经典而重要的热点问题经典而重要的热点问题 第一章第一章 概概 述述 发育生物学（发育生物学（developmental biology）是研究生物个体发育过程及其调节机制的一门是研究生物个体发育过程及其调节机制的一门学科；是胚胎学、细胞生物学、遗传学和分子学科；是胚胎学、细胞生物学、遗传学和分子生物学研究的交汇点。生物学研究的交汇点。发育（发育（development），亦称发生，是指一个有机，亦称发生，是指一个有机体从其生命开始到成熟的变化。体从其生命开
2、始到成熟的变化。“生物从何而来？生物从何而来？”是生命科学探索的基本命题之是生命科学探索的基本命题之一。胚胎学（一。胚胎学（embryology）对此作出了回答）对此作出了回答 然而，然而，“如何来的？如何来的？”这就是发育生物学所要回答这就是发育生物学所要回答的核心问题。的核心问题。历史回顾历史回顾 公元前公元前5世纪，世纪，Hippocrates 观察鸡胚发育，提出观察鸡胚发育，提出“热、湿、固化效应热、湿、固化效应”公元前公元前4世纪，世纪，Aristotel 提出有提出有 两种可能两种可能:先成论（先成论（prefromation）后成论（后成论（epigenesis）“织网织网”（k
3、nittiing of a net）由此引发了持久的争论，直到由此引发了持久的争论，直到19世纪细胞学说世纪细胞学说（cell theory）的提出与确立才揭开了科学认识的帷幕。）的提出与确立才揭开了科学认识的帷幕。根据细胞学说，有机体可看作是细胞的群体，根据细胞学说，有机体可看作是细胞的群体，因此，发育不可能是先成的因此，发育不可能是先成的 据此，据此，Weismann认为：认为：个体特征仅源于配子个体特征仅源于配子细胞（细胞（germ cell），且配子不受承载它们的身体），且配子不受承载它们的身体的影响的影响“母鸡只是产蛋的通道母鸡只是产蛋的通道”由此，也导致了胚胎学的诞生。由此，也导致
4、了胚胎学的诞生。胚胎学与遗传学胚胎学与遗传学 进入进入20世纪，世纪，Mendel有关有关“性状构建因子性状构建因子（form-building element;hereditary element）”分离与自由组合规律理论的重新发现和验证，开创了分离与自由组合规律理论的重新发现和验证，开创了遗传学研究的新领域。遗传学研究的新领域。Morgan：“为这一理论提供证据的特征与假想基为这一理论提供证据的特征与假想基因间的联系存在于胚胎发育的全过程中因间的联系存在于胚胎发育的全过程中”。亦即，从。亦即，从genotype到到phenotype的唯一途径是胚胎发育过程。的唯一途径是胚胎发育过程。证据：
5、果蝇的伴性遗传（证据：果蝇的伴性遗传（sex-linked inheritance）胚胎学家与遗传学家的争论：胚胎学家与遗传学家的争论：遗传学认为，发育完全可以用基因表达遗传学认为，发育完全可以用基因表达的结果来解释的结果来解释发育遗传的理论；发育遗传的理论；胚胎学则质疑，染色体是如何控制性状胚胎学则质疑，染色体是如何控制性状发育的？发育的？分子遗传学与发育生物学分子遗传学与发育生物学 分子生物学的重大理论成就之一：遗传信息的载分子生物学的重大理论成就之一：遗传信息的载体；体；DNA的复制；遗传信息的传递的复制；遗传信息的传递 基因是遗传、发育和进化的共同基础；基因是遗传、发育和进化的共同基础
6、；发育的核心问题是细胞的分化，导致细胞分化的是基发育的核心问题是细胞的分化，导致细胞分化的是基因的作用，是基因在时空上选择表达的结果和协同作因的作用，是基因在时空上选择表达的结果和协同作用。因此，发育是从基因型实现表现型的过程，是基用。因此，发育是从基因型实现表现型的过程，是基因选择表达的结果。因选择表达的结果。发育生物学与遗传学相伴而来，且相伴而兴。发育生物学与遗传学相伴而来，且相伴而兴。第二章第二章 发育的细胞与分子基础发育的细胞与分子基础 一、发育生物学的研究范畴一、发育生物学的研究范畴基因型基因型（胚胎）（胚胎）表现型表现型 基因基因（胚胎）（胚胎）成体成体 发育生物学的兴趣和重点正是
7、这一过渡阶段发育生物学的兴趣和重点正是这一过渡阶段研究研究生物变化过程生物变化过程的学科。例如：的学科。例如：探究探究XX或或XY产生不同性别个体的机制如何？产生不同性别个体的机制如何？珠蛋白基因：遗传学的兴趣在于它是如何世代相传的；珠蛋白基因：遗传学的兴趣在于它是如何世代相传的；生理学的兴趣在于珠蛋白在体内的功能；生理学的兴趣在于珠蛋白在体内的功能；而发育生物学：它为什么仅仅在红细胞中表达？又而发育生物学：它为什么仅仅在红细胞中表达？又是如何在发育的特定时期被激活的。并综合地研究：是如何在发育的特定时期被激活的。并综合地研究：分子化学层次上，基因是如何转录的；分子化学层次上，基因是如何转录的
8、；细胞和组织层次上，那些细胞可表达？细胞和组织层次上，那些细胞可表达？器官系统层次上，是如何传送的？器官系统层次上，是如何传送的？进化与生态层次上，环境因子怎样诱导更多红细胞进化与生态层次上，环境因子怎样诱导更多红细胞分化的？分化的？二、发育生物学的主要问题二、发育生物学的主要问题基本问题：基本问题：受精卵是如何形成的？成体是如何产生另一个成体的？受精卵是如何形成的？成体是如何产生另一个成体的？主要疑难问题：主要疑难问题：分化难题分化难题相同基因组如何控制不同类型细胞及其分化的相同基因组如何控制不同类型细胞及其分化的?形态发生难题形态发生难题细胞如何组建？如何形成有序的组织？细胞如何组建？如何
9、形成有序的组织？生长难题生长难题细胞是如何有控制地增殖的？细胞是如何有控制地增殖的？生殖难题生殖难题生殖细胞是如何发出指令形成下一代的？生殖细胞是如何发出指令形成下一代的？允许允许它们它们 完成这一使命的指令又是什么？完成这一使命的指令又是什么？进化难题进化难题发育中的变化是如何创造新的体型的？那些变发育中的变化是如何创造新的体型的？那些变化是化是 可以遗传的？那些变化可以在进化中起到作用？可以遗传的？那些变化可以在进化中起到作用？三、发育的细胞和分子基础三、发育的细胞和分子基础发育的基本阶段发育的基本阶段发育的细胞共性事件发育的细胞共性事件发育的分子遗传学基础发育的分子遗传学基础（一）（一）
10、发育的基本阶段发育的基本阶段 1、胚胎期胚胎期 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）2、变态期、变态期 变态（变态（metamorphosis）3、成体期、成体期 成熟（成熟（maturity)（二）发育的细胞共性事件二）发育的细胞共性事件细胞分裂（细胞分裂（cell division）满足细胞快速增殖和发育进程满足细胞快速增殖和发育进程细胞分化（细胞分化（cell differentiation）机体细胞多样性的保证机体细胞多样性的保证模式形成（模式形成（patte
11、rn 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，确立机体的统一性顺序发生，确立机体的统一性细胞迁移（细胞迁移（cell migration）为器官发生提供细胞来源为器官发生提供细胞来源细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis）抑制癌细胞或受损细胞的增殖，抑制癌细胞或受损细胞的增殖，并给予及时的清除并给予及时的清除 发育是物种遗传特征表达、展现的过程；生物的表发育是物种遗传特征表达、展现的过程；生物的表型特征，是遗传和环境因素共同作用的结果。尽管及其型特征，是遗传和环境因素共同作用的结果。尽管及其复杂，但是，基本原理是：复杂，但是，基本原理是：遗传决定；蛋白表达，细胞遗传决定；蛋白表达，细胞行为展现。行为展现。发育的分子遗传学基础发育的分子遗传学基础 真核生物的基因结构真核生物的基因结构
