2011发育生物学概论

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1、发育生物学中南大学•湘雅•组织学与胚胎学系伍赶球一、引言三、发育生物学研究中的主要动物模型及方法四、医学发育生物学的研究热点二、研究内容、基本概念、与其他学科的关系、意义五、未解难题和参考资料一、引言发育生物学是一门从分子水平、亚细胞水平和细胞水平研究分析生物体的精子和卵子的发生、受精、胚胎发育、生长、衰老直至死亡的过程及其规律的科学。发育是有机体以遗传信息为基础进行自我构建和自我组织。發：弓旁，“放箭”。髮育：养子使作善也。社会学意义上的人类的自我复制。散开，扩大，膨胀；通“废”：崩坏;停止。1.先成论(preformation)和后成论(epigenesis)Preformati

2、on:生物体的各个组成部分存在于胚胎中，随胚胎发育而长大。马尔比基（M．Malpighi）勒文虎克（A．Leeuwenhoek）J．SwammerdamC．BonnetEpigenesis:胚胎的各个部分是在发育中逐渐形成的。亚里士多德（Aristoteles）W．HarveyC．F．Woff(研究鸡胚肠等器官的发生)冯·贝尔（K·E·VonBaer）:比较胚胎学Waddington’sEquation:Epigenesis+Genetics=Epigenetics后成律遗传学表观遗传学2.细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念19世纪有关的重要发现和理论：细胞学说（一切生物体都是由细胞

3、构成的，细胞来自于细胞）。四种细胞功能：增殖、移动、改变性质、传递讯息。三种最重要的细胞构造：细胞膜、细胞质、细胞核。最重要的两类分子：核酸和蛋白质。摆脱灵魂学细胞的发育和核酸遗传3.MosaicandregulativedevelopmentMosaicdevelopment:合子核中的特殊因子在细胞分裂中的不均等分裂导致不同细胞的产生，这些细胞有各自的发育命运。Regulativedevelopment:胚胎在局部被排除或受损后仍能正常发育。自主特异化条件特异化AEACEABCDEABCDE自主和条件特异化镶嵌发育：调节发育：形成体原基分布图ABCDEABCDE4.诱导(indu

4、ction)现象的发现1924年，Spemann和HildeMangold发现一种组织能够指导另一种组织的发育。诱导者（inducer）或组织者;反应细胞（respondingcell）;两栖类原肠胚和实验中首先发现的;发育过程中的一个普遍现象;分级诱导;诱导物质可能是蛋白质及核酸.5.遗传学和发育学的结合1909年WilhelmJohannsen提出基因型和表现型的概念，使遗传学和胚胎发育学首次发生关系；1934年，摩尔根首次提出了富于魅力的基因调控概念。1980年沃哈德（C·Nǘsslein-Volhard）和韦乔斯（EricWieschaus）的工作首次证实，果蝇发育所涉及到的

5、基因（发育基因）能被分成若干不同的功能区域。随后的研究表明，相似或相同基因也存在于高等生物乃至人类当中，并且证明它们也控制着胚胎发育过程中体节的形成。间隙基因、成对基因、节段极性基因、同源异形基因(Hox基因)发育基因表观遗传学epigenetics研究内容1.生殖细胞：2.早期胚胎细胞分化的决定与基因调控3.细胞增殖、分化与细胞微环境4.细胞增殖、分化与基因表达的时序、空间分布5.器官发生与成熟：形态变化基于功能要求。6.细胞和组织工程：无性细胞繁殖，生殖细胞工程，基因敲除，干细胞扩增和驯化等。其中细胞分化是发育生物学中的核心问题。二、研究内容、基本概念与其他学科的关系、意义所有的

6、发育过程都涉及到基因调控。基因调控操纵子学说：莫诺（J·L·Monod）与雅可布（F·Jacob）结构基因同时受两个开关基因——操纵基因与启动基因的调控。只有当这两个开关都处于开启状态时，结构基因才能活化。表观遗传：指DNA序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化，组蛋白修饰，基因组印记（genomicimpriting）和RNA编辑（RNAediting）、基因沉默、核仁显性和休眠转座子激活等。DNA甲基化分布图利用高通量亚硫酸氢盐测序与单分子测序相结合的方法，以核苷酸分辨率获得了在胚胎干细胞

7、中和在由它们形成的各种不同的细胞类型中DNA甲基化的一个分布图。2008年Nature基本概念六个主要的developmentalprocesses1.Celldivision:早期胚胎发育中的细胞分离不同于后期。2.Patternformation:指胚胎形成有序的结构。三条轴线的形成：A－Paxis;D-Vaxis;L-Raxis;三个胚层的形成：endoderm(肠、肝、肺)，mesoderm(肌、骨、心、肾)，ectoderm(神经系统和表皮)。