1、第一篇第一篇 发育生物学基本原理发育生物学基本原理第一章第一章 细胞命运的决定细胞命运的决定第二章 细胞分化的分子机制转录和转录 前调控第三章 细胞分化的分子机制转录后调控第四章 发育中的信号传导第一章第一章 细胞命运的的决定细胞命运的的决定动物机体是由分化细胞组成的。动物机体是由分化细胞组成的。分化细胞不仅形态多样，而且功能各异。分化细胞不仅形态多样，而且功能各异。第一节第一节 细胞发育通过形态发生决定细胞发育通过形态发生决定子自主特化子自主特化一、细胞定型和分化一、细胞定型和分化 从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫发育过程叫。近朱者赤，近墨者
2、黑（定型）近朱者赤，近墨者黑（定型）脊椎动物骨骼肌的分化主要特征脊椎动物骨骼肌的分化主要特征胚胎细胞的定型有两种主要方式：胚胎细胞的定型有两种主要方式：第一种方式的细胞定型是通过胞质隔离（第一种方式的细胞定型是通过胞质隔离（cytoplasmic segregationcytoplasmic segregation）来实现的。）来实现的。卵裂时，卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，球中所含有的特定胞质决定它发育成哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。这种定型方式细胞命运的决定与临近的细
3、胞无关。这种定型方式称为称为自主特化（自主特化（autonomous specificationautonomous specification）。以以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为镶嵌型发镶嵌型发育（育（mosaic developmentmosaic development），或自主性发育，整），或自主性发育，整体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。WeismannWeismann理论的核心强调早期的卵裂必须为不对称卵裂。理论的核心强调早期的卵裂必须为不对称卵裂。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是完全不同的。卵裂结果产
4、生的子细胞彼此之间是完全不同的。柄海鞘的发育为一种典型的镶嵌型发育，其卵裂球的发育命运是由细胞质中储存的卵源性形态发生决定子决定的。柄海鞘8细胞期胚胎卵裂球的发育命运已发生决定。尽管柄海鞘的胚胎发育为镶嵌型，但实际上不同的卵裂球之间依然存在着相互诱导作用。其外胚层区域直到64细胞期时还没有“神经化”，显然外胚层细胞的发育命运不仅仅是由胞质决定子决定的。海鞘（Phallusia mammillata）受精时胞质定域的分离海鞘分裂球的决定谱系 第二种方式的细胞定型是通过胚胎诱导实现的。胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过相互作用，决定其中一方或双方的分化方向，也就是发育命运。初始阶段，细胞可能具
5、有不止一种分化潜能，和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制了它们的发育命运，使它们只能朝一定的方向分化。细胞命运的这种定型方式称为有条件特化（conditional specification）或渐进特化（progressive specification）或依赖型特化（dependent specification）。对细胞呈有条件特化的胚胎来说，如果在胚胎发育的早期将一个分裂球从整体胚胎上分离，那么剩余的胚胎细胞可以改变发育命运，填补所留下的空缺。以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为调整型发育（regulative development）。任何动物胚胎发育过程中都存在自主特化和有条件特化
6、两种细胞定性方式，程度大小不同而已。多数无脊椎动物：自主特化（主要）有条件特化（次要）脊 椎 动 物：有条件特化（主要）自主特化（次要）二、形态发生决定子二、形态发生决定子 形态发生决定子（morphogenetic determinant）也称为成形素（morphogen）或胞质决定子（cytoplasmic determinant），其概念的形成源于对细胞谱系的研究。例例1 1 爪蟾爪蟾 卵裂、囊胚期细胞数目相对少，可以根据大小、形状和位置将卵裂球区分，追踪卵裂球的来源及其发育命运。（）爪蟾晚期囊胚的发育命运图上：侧面观，外胚层形成上皮和神经系统，沿着背腹轴的带状区域为中胚层，由它形成脊索
7、、体节、心脏、肾和血液。爪蟾中胚层表面还覆盖有一薄层外胚层。下：囊胚背面观 命运图并不是表示早期胚胎中各区域的细胞发育命运已经确定了，它在很大程度上反映的是胚胎在继续发育过程各区域细胞的运动趋势，并不是细胞的分化情况。特化图（specification map）却可以在一定程度上反映出细胞的分化情况。特化图是将囊胚切成小块，每小块分别在简单培养基中培养，观察它们形成哪一种组织。特化图与命运图之间有很大程度的相似性，但在外胚层和中胚层存在很大的差别。爪蟾晚期囊胚的特化图外胚层区细胞还没有分化为预定神经细胞，中胚层区细胞还没有分化为预定肌肉细胞。爪蟾囊胚命运图和特化图的比较。脊索的命运图和特化图基
8、本相当，其他中胚层区的特化还没有发生，来自Spemman组织者以及腹方的信号将发挥作用。和水蛭胚胎相似，海鞘胚胎也是依据卵内贮存信息进行自我分化的镶嵌体。海鞘胚胎卵裂时，不同的细胞接受不同区域的卵细胞质。不同区域的卵细胞质含有不同的形态发生决定子，能够使细胞朝一定的方向分化。某些海鞘卵细胞质不同区域具有不同的颜色，卵子受精时不同区域的细胞质分配到不同的裂球中。例例2 2：海鞘：海鞘 Conklin（1905）通过跟踪柄海鞘裂球的发育命运发现：不同区域的卵细胞质分别与未来胚胎特定的发育命运相联系。黄色新月区含有黄色细胞质，称为肌质（myoplasm），将来形成肌细胞。灰色新月区含有灰色细胞质，将
9、来形成脊索和神经管。动物极部分含透明细胞质，将来形成幼虫表皮。灰色卵黄区含大量灰色的卵黄，将来形成幼虫消化道。图图1-1 受精时细胞质决定子的隔离受精时细胞质决定子的隔离图图 海鞘胚胎的镶嵌决定作用海鞘胚胎的镶嵌决定作用 Reverberi和Minganti（1946）证明海鞘裂球的发育命运在8细胞期已经决定，此时的裂球分离后能够自我分化。不过神经系统的发育例外，只有当动物极前面一对裂球A4.1和植物极前面一对裂球a4.2配合后，才形成神经组织。因此，在海鞘这样严格的镶嵌型发育胚胎中，也存在着裂球之间相互作用决定细胞发育命运的渐进决定作用。Ortolani（1959）证明海鞘外胚层细胞直到64
10、细胞期时尚未定型发育成神经组织。图图1-3 挤压实验挤压实验 （B4.1 肌肉；肌肉；b4.2 无肌肉；将无肌肉；将B4.1黄黄色新月区胞质挤压入色新月区胞质挤压入b4.2，b4.2 产生肌肉）产生肌肉）海鞘属于典型的镶嵌型发育胚胎。典型的镶嵌型发育的胚胎还有栉水母、环节动物、线虫和软体动物等。在这些动物卵细胞质中，都存在形态发生决定子。与镶嵌发育相反，海胆、两栖类和鱼类等动物的胚胎属于典型的调整型发育胚胎。在这些动物卵子细胞质中，也存在着形态发生决定子。形态发生决定子广泛存在于各种动物的卵子细胞质中。三、三、胞质定域胞质定域 形态发生子在卵细胞质中呈一定形式分布，受形态发生子在卵细胞质中呈一
11、定形式分布，受精后发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂精后发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂时分配到特定的卵裂球中，决定裂球的发育命时分配到特定的卵裂球中，决定裂球的发育命运。这一现象称为运。这一现象称为胞质定域胞质定域，或胞质隔离、胞，或胞质隔离、胞质区域化、胞质重排。质区域化、胞质重排。1.海鞘形态发生决定子的运动海鞘形态发生决定子的运动 （1）肌质）肌质 （2）内胚层）内胚层 （3）表皮）表皮 海鞘卵子受精时，卵质运动，产生独特的胞质区海鞘卵子受精时，卵质运动，产生独特的胞质区域；不同的胞质区域含有不同的形态决定子，并在卵域；不同的胞质区域含有不同的形态决定子，并在卵裂时分配到不同的卵
12、裂球中。裂时分配到不同的卵裂球中。帽贝成纤毛细胞（trochoblast cell）的分化2.软体动物：极叶和中胚层、背软体动物：极叶和中胚层、背腹轴的决定腹轴的决定 某些呈螺旋卵裂的胚胎（主要是软体动物和环节动物）在第一次卵裂时卵子植物极部分形成一个胞质凸起，称为极叶（polar lobe）。第一次卵裂结束时，极叶缩回。第二次卵裂开始前，极叶再次凸起，第二次卵裂完成时，再次缩回，此后极叶的出现就不明显了。极叶的形成是卵裂期间一种过渡性的形态变化，是卵内部物质流动所引起的。第第 1次卵裂：次卵裂：AB、CD（含极叶）（含极叶）第第 2 次卵裂：次卵裂：D（含极叶）（含极叶）此后，极叶不在出现。
13、此后，极叶不在出现。极叶形成是卵裂期间过渡性的一种形极叶形成是卵裂期间过渡性的一种形态变化，是由于卵内部物质流动引起。态变化，是由于卵内部物质流动引起。极叶中含有控制极叶中含有控制 D D裂球特定分裂节奏、裂球特定分裂节奏、分裂方式以及中胚层分化所必需的决分裂方式以及中胚层分化所必需的决定子。定子。去除极叶，剩下的裂球虽然能正常分裂，但是不能形成正常的担轮幼虫（trochophore larva），而是发育成缺乏中胚层器官肌肉、口、壳腺和足的幼虫。因此Wilson认为极极叶中含有控制叶中含有控制D裂球特定分裂节奏、分裂方裂球特定分裂节奏、分裂方式以及中胚层分化所必需的决定子式以及中胚层分化所必
14、需的决定子。壳腺是中胚层细胞诱导外胚层细胞形成的。壳腺是中胚层细胞诱导外胚层细胞形成的。中胚层不存在时，便没有诱导者诱导外胚层细胞形成壳腺。这是镶嵌型发育胚胎中也存在细胞间相互作用决定细胞发育命运的又一例证。存在于极叶中的形态发生决定子可能位于卵子皮层或细胞骨架上，卵子可扩散的细胞质（diffusible cytoplasm）不含形态发生决定子。极叶还含有决定胚胎背腹轴形成的物质。极叶对软体动物正常发育十分重要，但迄今为止，仍不清楚其作用机制。用细胞松弛素（cytochalasin）抑制极叶形成将形成两个联体胚胎3、线虫 最常见的形态发生决定子可能要算生殖细胞决定子。即使在蛙类等的调整型卵子中
15、也存在着生殖细胞决定子。生殖细胞决定子在卵裂时分配到一定的裂球中，并决定这些裂球发育成生殖细胞。副蛔虫（马蛔虫，Parascarisaequorum）第一次卵裂形成的动物极裂球发生染色体消减（chromosome diminution），而植物极裂球仍保持正常数目的染色体。第二次卵裂形成的两个植物极裂球开始都有正常数目的染色体，后来靠近动物极裂球的染色体在下一次卵裂前又发生消减。只有一个最靠近植物极的裂球含有全数染色体（全套基因）。全数染色体只存在于将来形成生殖细胞的裂球里。副蛔虫正常受精卵（A）和经离心处理的受精卵（B）分裂时生殖质的分布。据此，Boveri认为副蛔虫卵子植物极胞质中含有某些
16、物质能保护细胞核染色体不发生消减，并决定有关裂球形成生殖细胞。副蛔虫卵子植物极胞质中所含的能决定生殖细胞形成的物质叫生殖质（germ plasm）。秀丽隐杆线虫胚胎细胞命运主要由卵内细胞质决定，而不是由邻近细胞间相互作用决定。其胚胎中发现的SKN1蛋白质就很可能是一种“转录因子”样形态发生决定子。SKN-1可能通过激活P1裂球及其产生的EMS和P2两裂球中的某些特定基因，从而决定它们的发育 命运。咽部细胞命运可以通过分离到这些裂球中的母源性因子（maternal factor）自主决定。skn-1突变体中肠和咽部的缺陷SKN1在胞质中的定位。SKN1存在于P1细胞谱系中，而不分布于AB细胞谱系
17、。mex1突变体中，SKN1分布于所有裂球中。把SKN-1功能限制在4细胞期的EMS裂球中是通过pie-1（pharyngeal and intestinal excess）和mex-1（muscle excess）两个基因的活动来实现的。蛋白质MEX-1和PIE-1可以单独发挥作用。MEX-1在第一次卵裂时使SKN-1不对称地分布于P1卵裂球中，而PIE-1在第二次卵裂时使SKN-1不对称地分布于EMS裂球中。SKN-1是MS裂球形成必需的，缺乏SKN-1的胚胎不能产生咽。野生型和突变型胚胎中MS细胞决定模型MEX-1、PIE-1和SKN-1三者的相互作用4 昆虫（蠓）昆虫（蠓）胚胎卵裂时，
18、多数细胞的细胞核从原来的胚胎卵裂时，多数细胞的细胞核从原来的 40 条条染色体中失去染色体中失去 32 条，只有位于卵子后端的条，只有位于卵子后端的 2 个个细胞核染色体不会消减，而且停留一段时间不细胞核染色体不会消减，而且停留一段时间不分裂。最终，这分裂。最终，这 2 个细胞核形成生殖细胞的核。个细胞核形成生殖细胞的核。极质极质(卵子后端的生殖质卵子后端的生殖质)在生殖细胞决定中其在生殖细胞决定中其中重要作用中重要作用四、四、形态发生决定子的性质形态发生决定子的性质 一般认为形态发生决定子可能是某些特异性蛋白质或mRNA等生物大分子物质，它们可以激活或抑制某些基因表达，从而决定细胞的分化方向
19、。形态发生决定子的性质和作用方式在海鞘和果蝇中研究较为深入。（一）（一）海鞘形态发生决定子海鞘形态发生决定子 （1）激活某些基因转录的物质）激活某些基因转录的物质 海鞘胚胎中可能含有两类形态发生决定子。第一类是可以激活某些基因（乙酰胆碱酯酶基因）转录的物质，因为海鞘胚胎中多数组织特异性结构的形成都对转录抑制剂敏感；第二类可能是以mRNA的形式存在于卵内一定的区域，在卵裂时分布到预定的裂球中。（2）m RNA 探讨胚胎的决定状态，应对决定细胞发育命运的蛋白质或mRNA进行分析鉴别，而不是分析鉴别细胞分化时产生的特异性蛋白质和mRNA。（二）果蝇极质（二）果蝇极质 果蝇卵子极粒已被分离出来，它主要
20、由蛋白质和RNA组成。生殖质（极质）的组分之一是gcl（germ cell-less）基因转录的mRNA。野生型gcl基因在果蝇卵巢的营养细胞中转录，通过环管（ring canal）运至卵子中。gcl mRNA一旦进入卵子，便进一步迁移到卵子的最后端，定位于称为极质的细胞质中。生殖细胞决定子的另一种可能是Nanos蛋白。Nanos mRNA蛋白位于卵子后端，Nanos蛋白是果蝇形成腹部所必需。缺乏Nanos蛋白的极细胞不能迁移到生殖腺中，因而不能发育成生殖细胞。oskar基因在果蝇极质的形成和装配过程中起着极其重要的调控作用。Oskar基因将其mRNA定位于胚胎的后极。有些母体效应基因（mat
21、ernal effect gene）的表达对于果蝇极质的形成具有重要的作用。至少有8种基因的突变会导致果蝇不能形成极质，不能形成生殖细胞，因此是不育（sterile）的。A.staufen基因内应在oskar基因之前行使功能，并影响oskar基因的表达。B.研究明了的影响果蝇生殖细胞发生的6种基因的作用顺序。第二节第二节 细胞命运通过相互作用细胞命运通过相互作用的渐进特化的渐进特化一、种质学说一、种质学说 19世纪70年代，细胞学研究工作取得很大发展。Oskar Hertwig（1876）观察到受精时不但卵子和精子融合在一起，而且它们的细胞核也融合。van Beneden等研究者（1883）证
22、明：不同种生物的体细胞核内含有不同数目的染色体；同一种生物每个体细胞内所含染色体的数目是一定的；每种生物染色体数目在生殖细胞内进行减数分裂时减半，在受精时又恢复原有数目。在此基础上，weismann大胆地提出了解释细胞分化的种质学说(germ plasm theory)。种质学说主要内容 假定卵子和精子都对新生有机体贡献出质量和数量等同的染色体；染色体由各种能决定细胞发育命运的“核决定子”组成；染色体携带全部的遗传物质，是有机体不同世代延续的基础。受精卵在分裂时，每个裂球内都分配有相同数目的染色体，但是组成染色体的“核决定子”并不均等地分配到每个裂球中，也就是说每个裂球只含有部分“核决定子”；
23、不同的“核决定子”在胚胎发育过程中分配到不同的细胞内，由此决定细胞的发育命运，使其发育成身体的某一特定部分。只有那些最终将发育成生殖细胞的细胞才含有全部“核决定子”，由此将亲代性状传递给子代，并保持物种的稳定性。生殖细胞的连续性和永久性 weismann的种质学说将组成有机体的细胞分为两类；体细胞和生殖细胞。体细胞包括各种类型细胞，都由生殖细胞发育而来，随着个体死亡而消亡；面生殖细胞完全不同于体细胞，它世代相传，生生不息。种质学说的实验支持 weismann将新生小民尾巴连续切除十几代后，发现其子代仍长出正常尾巴，从而认为这是对他假说的支持。胚胎学家Roux（1887）的实验结果支持Weism
24、annn的理论。他用烧热的针破坏两细胞期蛙胚的一个分裂球，结果存活的另一个分裂球只发育为半个胚胎。种质学说的反对实验 McClendon（1910）将蛙胚两裂球分离开培养，发现分开的两裂球均可发育为完整的幼体。结论结论：蛙胚两裂球期的细胞核是等同的，并没有“核决定子”不均等分配的现象，Roux实验结论是错误的。原因在于坏死裂球对存活裂球仍有影响，使其不能正常发育。但许多软体动物、环节动物和海鞘等卵细胞质中确实存在着“胞质决定子”即形态发生决定子，影响胚胎发育。1.Driesch分离组合实验分离组合实验(海胆海胆)2-细胞细胞 调整型发育调整型发育 4-细胞细胞 （见下页，与上述结果相同）（见下
25、页，与上述结果相同）二、海胆的调整型发育二、海胆的调整型发育Driesch的海胆胚胎分离发育实验。A，正常长腕幼虫，B，单个胚胎细胞发育而成的长腕幼虫。半个8细胞期海胆胚胎的发育。A，沿赤道面将胚胎分为两半，B，沿动植物极轴将胚胎分为两半。2.Horstadius 分离实验分离实验(海胆海胆)海胆受精卵的不对称性 海胆胚胎除了具有典型的调整型发育特点之外，也显示出某些镶嵌型的特点。如果将胚胎沿原先的赤道面分隔为两半，则两部分都不能发育为完整的幼虫。Horstadius进行了胚胎学史上的一个最引人注目的实验，他首先研究了海胆64细胞期胚胎每一层细胞的发育潜能。海胆各卵裂球的发育命运图-caten
26、in决定海胆植物极细胞的发育命运。海胆64细胞期胚胎各部分细胞的组合发育（Horstadius,1939）。A，正常发育；B，分离的动物半球的发育；C，动物半球与veg1细胞的组合发育；D，动物半球与veg2细胞的组合发育；E，动物半球与小卵裂球的组合发育。在每一种组合中，都有细胞相互作用而改变原定的发育命运的现象。海胆的调整型发育过程中也存在镶嵌式发育的成分。3.双梯度模型双梯度模型 植物极化梯度植物极化梯度 动物极化梯度动物极化梯度 双梯度模型双梯度模型(图图1.19)细胞分化取决于它所含的动物极物质和植物细胞分化取决于它所含的动物极物质和植物极物质的比例。极物质的比例。三、三、两栖类发育
27、调控两栖类发育调控1.Spemann 结扎实验结扎实验(蝾螈蝾螈)图图1.20 两栖类早期胚胎的细胞核具有遗传等同性，每个两栖类早期胚胎的细胞核具有遗传等同性，每个细胞核都具有发育形成完整机体的潜能细胞核都具有发育形成完整机体的潜能2.两栖动物卵的不两栖动物卵的不对称性实验对称性实验改变结扎的方向，沿未来的背腹轴将受精卵结扎，只有含有灰色新月区细胞质的背侧半球能发育成完整胚胎。说明灰色新月区对灰色新月区对胚胎发育是不可缺胚胎发育是不可缺少的少的。两栖类动物的胚胎发育也具有镶嵌发育的特点。3 移植实验 图1.22 表1.3 在早期原肠胚在早期原肠胚(特化特化)向晚期原肠胚过渡的过程向晚期原肠胚过
28、渡的过程中中,胚胎细胞的发育潜能逐渐受到限制；胚胎细胞的发育潜能逐渐受到限制；到了原肠胚晚期到了原肠胚晚期,原肠胚的细胞发育命运已经原肠胚的细胞发育命运已经决定决定。二二 诱导诱导：胚胎的一个部分对另一个区域发生影响，：胚胎的一个部分对另一个区域发生影响，并使后者沿着一条新途径分化的作用。并使后者沿着一条新途径分化的作用。经典实验胚胎学：脊索中胚层诱导外胚层细胞经典实验胚胎学：脊索中胚层诱导外胚层细胞分化成神经组织（分化成神经组织（初级胚胎诱导初级胚胎诱导）。）。初级胚胎诱导（广义）的四个阶段初级胚胎诱导（广义）的四个阶段：第一阶段：受精诱导背部化决定子的激活，形成背部细胞 第二阶段：诱导形成
29、、中胚层 第三阶段：组织者诱导 第四阶段：神经组织要点：要点：细胞分化细胞分化 细胞定型细胞定型及其时相（及其时相（特化、决定特化、决定）细胞定型的两种方式与其特点（细胞定型的两种方式与其特点（自主特化、有条件特化自主特化、有条件特化）胚胎发育的两种方式与其特点（胚胎发育的两种方式与其特点（镶嵌型发育、调整发育镶嵌型发育、调整发育）形态决定子形态决定子 胞质定域胞质定域（海胆、软体动物、线虫）（海胆、软体动物、线虫）细胞命运渐进特化的系列实验细胞命运渐进特化的系列实验 双梯度模型双梯度模型 诱导、胚胎诱导诱导、胚胎诱导 个体发育的中心问题是细胞分化。个体发育的中心问题是细胞分化。从表型特征上，
30、将可细胞分为从表型特征上，将可细胞分为3种类型：种类型：全能细胞全能细胞：能够产生有机体所有细胞表型，或者一个完整能够产生有机体所有细胞表型，或者一个完整的有机体。的有机体。全套基因信息都可以表达。全套基因信息都可以表达。多潜能细胞多潜能细胞：发育潜能受到一定的限定，仅能分化形成发育潜能受到一定的限定，仅能分化形成特定范围内的细胞。特定范围内的细胞。部分限制、部分表达。部分限制、部分表达。分化细胞分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。特殊细胞表型。大部分限制、大部分限制、5-10%的信息表达。的信息表达。细胞分化是基因差异性表达
31、的结果细胞分化是基因差异性表达的结果,由基因差由基因差异性表达，不同细胞具有了不同的蛋白质组。异性表达，不同细胞具有了不同的蛋白质组。引起差异引起差异基因基因表达来源于表达来源于：细胞内卵质差异细胞内卵质差异 细胞外邻近细胞的相互作用。细胞外邻近细胞的相互作用。差异基因表达的调控机制差异基因表达的调控机制：差异基因转录差异基因转录 核核RNA的选择性加工的选择性加工 mRNA的选择性翻译的选择性翻译 差别蛋白质的加工差别蛋白质的加工一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据一、有机体不同组织细胞基因组相同的证据（一）遗传学证据（一）遗传学证据 染色体数目染色体数目（二）胚胎学证据（二）胚胎学证据
32、不同细胞期的卵裂球的单独发育个体不同细胞期的卵裂球的单独发育个体（三）分子生物学证据（三）分子生物学证据 分子杂交分子杂交 原位杂交原位杂交 同一有机体的不同细胞，无论是已决定的细胞或是已同一有机体的不同细胞，无论是已决定的细胞或是已分化的细胞，都与未分化细胞的核相同，具有全部发分化的细胞，都与未分化细胞的核相同，具有全部发育的潜能，具有相等的基因组结构，即基因组相同。育的潜能，具有相等的基因组结构，即基因组相同。二、核潜能的限定二、核潜能的限定核核移移植植实实验验 随着个体发育的不断进行，细胞核指导发育的潜能被随着个体发育的不断进行，细胞核指导发育的潜能被越来越限定，甚至丧失了指导全部发育的
33、能力。越来越限定，甚至丧失了指导全部发育的能力。三、基因组相同的例外三、基因组相同的例外1 1 染色体消减染色体消减 马蛔虫马蛔虫:体细胞中体细胞中80%的的DNA丢失丢失生殖细胞含完整的基因组结构生殖细胞含完整的基因组结构2 2 基因重排基因重排一一、基因表达的时间和空间的特异性、基因表达的时间和空间的特异性图 2.11 基因表达的精确时间范围、空间位置，基因表达的精确时间范围、空间位置，否则会导致发育异常。否则会导致发育异常。二、发育中基因转录水平的调节和变化二、发育中基因转录水平的调节和变化珠蛋白基因的转录珠蛋白基因的转录 图图2.12 图图2.13三、基因差异转录的调控机制三、基因差异
34、转录的调控机制基因的结构及转录过程基因的结构及转录过程 图图2.14 启动子、增强子启动子、增强子 转录因子（转录因子（proteinprotein）DNA转录转录RNA RNA加工水平调控加工水平调控 翻译及翻译后水平调控翻译及翻译后水平调控一、一、mRNA前体和前体和mRNA细胞核的最初转录产物，细胞核细胞核的最初转录产物，细胞核RNA，区，区别细胞质中别细胞质中mRNA与与mRNAmRNA相比，细胞核相比，细胞核RNARNA分子量大，寿命短分子量大，寿命短仅有少部分能被加工形成仅有少部分能被加工形成mRNAmRNA二、二、前体前体RNA加工加工 图图3.2 不同发育期的核不同发育期的核R
35、NARNA一致性。在一定程度上，一致性。在一定程度上，基因差异表达是在基因差异表达是在RNARNA加工水平上进行调控。加工水平上进行调控。在核在核RNA、细胞质、细胞质mRNA、（翻译）水平分别、（翻译）水平分别检测。检测。三、三、加工水平的调控加工水平的调控图图3.4 DNA mRNA前体前体 不同加工不同加工mRNA mRNA的种类、数量，贮藏的种类、数量，贮藏/翻译翻译 翻译的时间、数量翻译的时间、数量 与其他基因产物的协调与其他基因产物的协调 翻译产物的加工、转运、包装翻译产物的加工、转运、包装 多细胞动物的胚胎发育是一个复杂又高度协调多细胞动物的胚胎发育是一个复杂又高度协调的过程。的
36、过程。信号传导是细胞间通讯的主要形式，即由信号信号传导是细胞间通讯的主要形式，即由信号细胞产生细胞产生信号分子信号分子，诱导靶细胞发生某种，诱导靶细胞发生某种反应反应；靶细胞通常通过靶细胞通常通过特异性受体特异性受体识别细胞外信号分识别细胞外信号分子，并把子，并把细胞外信号细胞外信号转变为转变为细胞内信号细胞内信号，引起，引起细胞反应细胞反应的这一过程称为的这一过程称为信号传导信号传导。一、TGF 信号途径二、Wnt 信号途径三、Hedghog 信号途径四、Notch 信号途径一、TGF 信号途径转化生长因子（转化生长因子（tranforming growth factor tranformi
37、ng growth factor ，TGF），是一类分泌性的信号分子。，是一类分泌性的信号分子。超家族因子包含超家族因子包含3030个成员，个成员，TGF，BMP(bone morphogenetic protein),Activin等亚类。TGF参与细胞外基质形成与细胞分裂的调节，参与细胞外基质形成与细胞分裂的调节，BMP在脊椎动物及果蝇的胚胎背腹轴图式形成中具有在脊椎动物及果蝇的胚胎背腹轴图式形成中具有重要作用。重要作用。Nodal 在脊椎动物胚胎中胚层的图式形成及左右轴的建在脊椎动物胚胎中胚层的图式形成及左右轴的建立中起着关键作用。立中起着关键作用。图4.1 TGF 信号传导途径二、Wn
38、t 信号途径 分泌性信号分子 人类19，果蝇7 活性差异：Wnt-1/wg,Wnt-5awnt-1类在爪蟾异位表达可诱导次级胚轴的形成 wnt-5a 不具有次级体轴诱导的能力，但可以降低细胞的黏着性，改变细胞的运动状态。图图4.2 Wnt 4.2 Wnt 信号途径信号途径三、Hedghog 信号途径 分泌性信号分子分泌性信号分子 果蝇：体节形成果蝇：体节形成 脊椎动物：神经系统的背腹轴图式形成脊椎动物：神经系统的背腹轴图式形成、附肢发育等、附肢发育等图图4.3 Hedghog 信号传导途径示意图信号传导途径示意图四、Notch 信号途径 在神经细胞的分化、脊椎动物体节的发在神经细胞的分化、脊椎动物体节的发育等过程中具有重要作用。育等过程中具有重要作用。只作用于相邻细胞间。只作用于相邻细胞间。图图4.44.4 Notch 信号途径示意图重点掌握：细胞表型分类细胞分化的分子基础 差异基因表达的源由 基因表达各水平的调控机制信号传导 了解参与早期胚胎发育的细胞外信号传导
