發(fā)育生物學(xué)

DevelopmentalBiology

QQ563189390

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發(fā)育與發(fā)育生物學(xué)發(fā)育(development)又稱發(fā)生,科學(xué)地定義是:一個(gè)有機(jī)體從其生命的開(kāi)始到成熟的變化.OR發(fā)育是指單細(xì)胞逐漸成長(zhǎng)為復(fù)雜的多細(xì)胞生物體的過(guò)程．我是從哪兒來(lái)的呀?怎樣來(lái)的？“生物從何而來(lái)？”、“如何來(lái)的？”這就是發(fā)育生物學(xué)所要回答的核心問(wèn)題。動(dòng)物的形態(tài)盡管千差萬(wàn)別，但是大多數(shù)動(dòng)物的發(fā)育都經(jīng)歷許多共同的階段．發(fā)育生物學(xué)是研究生物個(gè)體發(fā)育過(guò)程及其規(guī)律的科學(xué)．主要內(nèi)容體系緒論第一篇：發(fā)育生物學(xué)基本原理第二篇：動(dòng)物胚胎的早期發(fā)育第三篇：動(dòng)物胚胎的晚期發(fā)育第四篇：發(fā)育生物學(xué)的新研究領(lǐng)域發(fā)育生物學(xué)相關(guān)期刊主要參考教材張紅衛(wèi)等主編，發(fā)育生物學(xué)，2006。樊啟昶等主編，發(fā)育生物學(xué)原理，2002。桂建芳等主編，發(fā)育生物學(xué)，2002。LewisWolpert，PrinciplesofDevelopment,Secondedition，2002。ScottFGilbert，DevelopmentalBiology,Seventhedition，2003。任課老師及講授章節(jié)余雪松緒論，第一至八章，第十七和十八章賈偉章第九至十六章，第十九至二十一章

課時(shí)設(shè)置總共72學(xué)時(shí)：理論課48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課24學(xué)時(shí)。理論課：從第一到第十二周（星期一、星期四上午3-4節(jié)）實(shí)驗(yàn)課：第6到第9周（星期五下午）考核方式理論課：閉卷考試實(shí)驗(yàn)課：實(shí)驗(yàn)報(bào)告平時(shí)成績(jī)：考勤(隨機(jī)不定時(shí)點(diǎn)名）和課堂表現(xiàn)（回答問(wèn)題）內(nèi)容提要第一節(jié)發(fā)育生物學(xué)研究對(duì)象、任務(wù)及與其他學(xué)科的關(guān)系第二節(jié)動(dòng)物發(fā)育的主要特征和基本規(guī)律第三節(jié)發(fā)育生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史第四節(jié)發(fā)育生物學(xué)模式生物第五節(jié)發(fā)育生物學(xué)研究技術(shù)第一節(jié)發(fā)育生物學(xué)研究對(duì)象、任務(wù)及與其他學(xué)科的關(guān)系發(fā)育生物學(xué)是近年來(lái)進(jìn)展最快的學(xué)科之一《Nature》、《Science》及其分支雜志在1994年至今刊登了2500多篇發(fā)育方面的論文。在Pubmed上可以檢索到50萬(wàn)篇發(fā)育相關(guān)的論文。Developmentalbiologyisatthecoreofallbiology.傳統(tǒng)的胚胎學(xué)是研究從動(dòng)物受精到出生之間有機(jī)體的發(fā)育，描述胚胎發(fā)育的過(guò)程與現(xiàn)象為主。發(fā)育生物學(xué)是研究發(fā)育過(guò)程與現(xiàn)象的機(jī)制,即探討發(fā)育的本質(zhì)。發(fā)育生物學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系發(fā)育生物學(xué)是在20世紀(jì)50年代以后，由于分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)以及生物化學(xué)等其他生命學(xué)科的發(fā)展，并與胚胎學(xué)的相互滲透，才逐漸發(fā)展和形成的一門(mén)新興的生命科學(xué)。同時(shí)，發(fā)育生物學(xué)的研究制造了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，將分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)、免疫學(xué)等學(xué)科整合在一起。發(fā)育生物學(xué)在本專業(yè)課程體系中的位置生物化學(xué)、微生物學(xué)、植物生物學(xué)、動(dòng)物生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程、發(fā)育生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、免疫學(xué)、生物信息學(xué)生物工程下游技術(shù)、生物醫(yī)藥研究方法、生物檢測(cè)技術(shù)

從另一個(gè)角度來(lái)講，發(fā)育是遺傳信息按一定的時(shí)間和空間順序表達(dá)的結(jié)果。發(fā)育具有嚴(yán)格的次序性，發(fā)育并不是個(gè)別基因的表達(dá)，而是眾多基因表達(dá)在時(shí)間和空間上的聯(lián)系和配合。發(fā)育生物學(xué)的主要任務(wù)是研究生物體發(fā)育的遺傳程序及其調(diào)控機(jī)制。

發(fā)育生物學(xué)的研究意義1、有關(guān)細(xì)胞分化機(jī)理、正常發(fā)育的機(jī)制和異常發(fā)育的分子機(jī)制的研究，為臨床醫(yī)學(xué)攻克癌癥和其他絕癥、防病保健提供了必要的理論基礎(chǔ)。2、有關(guān)生殖細(xì)胞發(fā)生、受精等早期胚胎發(fā)育機(jī)制的研究為動(dòng)植物人工繁殖、計(jì)劃生育、優(yōu)生優(yōu)育、提高人類整體素質(zhì)等提供理論根據(jù)。發(fā)育生物學(xué)既是重要的基礎(chǔ)生命科學(xué)，其研究成果又具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于解決人口、健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生物資源的利用都有著重要意義。BasicconceptsofDevelopmentalBiology第二節(jié)動(dòng)物發(fā)育的主要特征和基本規(guī)律發(fā)育的主要功能1.產(chǎn)生細(xì)胞的多樣性，并使各種細(xì)胞在本世代有機(jī)體內(nèi)有嚴(yán)格的時(shí)間和空間的次序性。不同表型的細(xì)胞構(gòu)成組織、器官，成為成熟的個(gè)體，再經(jīng)衰老，最后死亡。（產(chǎn)生生命）2.通過(guò)繁殖產(chǎn)生新一代的個(gè)體，保證世代的交替和生命的連續(xù)。（繁衍生命）多細(xì)胞有機(jī)體的發(fā)育有兩個(gè)主要的功能：動(dòng)物發(fā)育的基本規(guī)律新個(gè)體的生命開(kāi)始于兩性配子（gamete）—精子和卵子的融合，其融合過(guò)程稱為受精（fertilization）。通過(guò)受精激活發(fā)育的程序，受精卵開(kāi)始胚胎發(fā)育（embryogenesis）。爪蟾受精卵的卵裂

2.細(xì)胞分化

多能造血干細(xì)胞形成各種血細(xì)胞從受精卵發(fā)育成為有機(jī)體，實(shí)際上是從一個(gè)全能細(xì)胞通過(guò)一系列的細(xì)胞分化產(chǎn)生有機(jī)體全部細(xì)胞表型的過(guò)程。細(xì)胞分化的結(jié)果是形成一定的細(xì)胞表型。人的受精卵通過(guò)細(xì)胞分化至少產(chǎn)生

種以上的細(xì)胞。2503.形態(tài)發(fā)生形成各種組織和器官，最突出的形態(tài)變化發(fā)生在原腸作用開(kāi)始之后。

(1)胚層的形成4.圖式形成（Patternformation）：胚胎細(xì)胞形成不同的組織器官和構(gòu)成有序的空間結(jié)構(gòu)的過(guò)程

所有多細(xì)胞有機(jī)體至少具有一種主要的胚軸。(2)軀體軸線的制定胚胎發(fā)育過(guò)程中身體的主軸。

5.生長(zhǎng)

胚胎在基本的pattern形成之后，其體積會(huì)顯著增長(zhǎng)，原因在于細(xì)胞數(shù)量增加、細(xì)胞體積增加、胞外物質(zhì)的積累。不同組織器官的生長(zhǎng)速度也各異。第三節(jié)發(fā)育生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史OriginsandHistoryofDevelopmentalBiology發(fā)育是生物學(xué)中古老的話題，而發(fā)育生物學(xué)是在胚胎學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展和形成的一門(mén)新型的生命科學(xué)，它揭示了生物體生命周期動(dòng)態(tài)演變的規(guī)律，是生命科學(xué)中的新主角。生命科學(xué)中最活躍的發(fā)育生物學(xué)古老而又年輕。

最早試圖解釋發(fā)育問(wèn)題的是希臘的希波克拉底（Hippocrates）。他用當(dāng)時(shí)時(shí)興的物理學(xué)上的熱、濕度和凝固等理論來(lái)解釋發(fā)育。

發(fā)育生物學(xué)的起源公元前4世紀(jì)希臘圣賢亞里士多德（Aristotle）對(duì)于動(dòng)物胚胎的不同部分和成體動(dòng)物各種結(jié)構(gòu)形成的原因就提出了自己的觀點(diǎn)，認(rèn)為胚胎發(fā)育有2種可能性：一種是先成論（preformation），胚胎是成體的雛形，即胚胎中的每件東西從一開(kāi)始就預(yù)先形成好了，發(fā)育期間只是簡(jiǎn)單地放大：精源學(xué)說(shuō)和卵源學(xué)說(shuō)另一種是后成論（epigenesis）

，在胚胎的發(fā)育過(guò)程中，各種結(jié)構(gòu)是逐漸形成的。1、后成論與先成論后成論與先成論的爭(zhēng)論直到18世紀(jì)，先成論和后成論仍然是科學(xué)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。特別是17世紀(jì)和18世紀(jì)，雖然科學(xué)之風(fēng)已在西歐興起，但由于長(zhǎng)期以來(lái)教會(huì)神創(chuàng)思想的影響，學(xué)界仍然迷戀于有著神創(chuàng)理念的先成論。即使是那些已對(duì)動(dòng)物胚胎發(fā)育進(jìn)行過(guò)詳細(xì)觀察的學(xué)者也是如此。精原學(xué)說(shuō)的代表人物NicholasHartsoeker所想像的精子中的微型人

17世紀(jì)意大利杰出的胚胎學(xué)家馬爾比基（MarcelloMalpighi）對(duì)雞胚的發(fā)育作了相當(dāng)細(xì)致的描述，由他描繪的雞胚發(fā)育圖是胚胎學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的經(jīng)典，迄今仍被絕大多數(shù)教科書(shū)所引用，但他仍然不可能以他自己的觀察證據(jù)從先成論的理念中解放出來(lái)。

1759年，德國(guó)科學(xué)家Wolff根據(jù)自己對(duì)雞胚發(fā)育的仔細(xì)觀察，再次提出后成論的觀點(diǎn)，認(rèn)為卵子中并不存在胚胎結(jié)構(gòu)，胚胎與成體并不相同，胚胎發(fā)育是逐漸變化的過(guò)程。后成論的觀點(diǎn)直到19世紀(jì)才為人們接受。1839年，德國(guó)著名植物學(xué)家施萊登Schleiden和生理學(xué)家施萬(wàn)Schwann指出細(xì)胞是生命的基本單位；所有生物有機(jī)體都是由細(xì)胞構(gòu)成，通過(guò)細(xì)胞的有絲分裂產(chǎn)生其他的細(xì)胞。

發(fā)育也必然是逐漸變化的過(guò)程。在胚胎發(fā)育過(guò)程中，通過(guò)受精卵的分裂產(chǎn)生許多新細(xì)胞，同時(shí)產(chǎn)生新的細(xì)胞類型。精子和卵子是特殊的細(xì)胞，人們對(duì)受精以及減數(shù)分裂等過(guò)程的認(rèn)識(shí)揭開(kāi)了發(fā)育生物學(xué)甚至是整個(gè)生物學(xué)的新篇章。2、細(xì)胞學(xué)說(shuō)改變了胚胎發(fā)育和遺傳的概念

單細(xì)胞的合子如何經(jīng)過(guò)分化產(chǎn)生生物有機(jī)體所有形態(tài)和功能不同的細(xì)胞？19世紀(jì)80年代，Weismann就提出了關(guān)于細(xì)胞、染色體和基因與胚胎發(fā)育關(guān)系的理論。他認(rèn)為合子的細(xì)胞核含有大量特殊的信息物質(zhì)——決定子（determinant），在卵裂的過(guò)程中這些決定子被不均勻地分配到子細(xì)胞中去控制子細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)。細(xì)胞的命運(yùn)實(shí)際上是由卵裂時(shí)所獲得的合子核信息早已預(yù)定的，這一類型的發(fā)育我們稱為嵌合型發(fā)育（mosaicdevelopment）。3、發(fā)育的嵌合型和調(diào)整型Weismann理論的核心強(qiáng)調(diào)早期的卵裂必須為不對(duì)稱卵裂。合子中的大量特殊因子在細(xì)胞分裂中不均等分配，導(dǎo)致了不同細(xì)胞向不同命運(yùn)的發(fā)育。卵裂結(jié)果產(chǎn)生的子細(xì)胞彼此之間是完全不同的。

胚胎學(xué)家Roux（1887）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持Weismannn的理論。蛙的發(fā)育存在嵌合型發(fā)育機(jī)制。Roux的同事Driesch（1891）首先證明海膽發(fā)育過(guò)程中存在調(diào)整型發(fā)育（regulativedevelopment）：胚胎具有在局部被排除或受損傷后仍正常發(fā)育的能力，即胚胎發(fā)育是可調(diào)節(jié)的。

1924年Spemann和助手Mangold進(jìn)行了著名的蠑螈胚孔背唇移植實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)胚孔背唇具有調(diào)控和組織一個(gè)幾乎完整的胚胎產(chǎn)生的特殊能力。4、誘導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)盡管Driesch提出的調(diào)整型發(fā)育已經(jīng)涉及細(xì)胞間的相互作用，但是一直到誘導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)人們才真正認(rèn)識(shí)到細(xì)胞間的相互作用是胚胎發(fā)育最重要的核心問(wèn)題。

誘導(dǎo)現(xiàn)象（induction）使人們認(rèn)識(shí)到細(xì)胞之間的相互作用是胚胎發(fā)育最重要的核心問(wèn)題。移植實(shí)驗(yàn)表明，胚胎的一種組織可以指導(dǎo)另一種相鄰組織的發(fā)育。

誘導(dǎo)是指一類組織與另一類組織的相互作用，前者稱為誘導(dǎo)者（inducer），后者稱為反應(yīng)組織，誘導(dǎo)者可指令鄰近反應(yīng)組織的發(fā)育。發(fā)育中誘導(dǎo)和細(xì)胞之間相互作用的重要性才得到充分的重視。Spemann在1935年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

基因型與表型：由基因型（genotype）控制發(fā)育，同時(shí)有機(jī)體的表型（phenotype）又受到環(huán)境因子與基因型的共同影響。從基因型到表型的唯一途徑是胚胎發(fā)育。5、遺傳學(xué)與胚胎學(xué)相伴而來(lái)

1900年Mendel定律的重新發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到染色體在發(fā)育中的作用。細(xì)胞分化是基因在時(shí)空上選擇表達(dá)的結(jié)果和協(xié)同作用，發(fā)育受遺傳的控制。基因通過(guò)其編碼產(chǎn)物——蛋白質(zhì)的變化控制發(fā)育分化中細(xì)胞的性質(zhì)和習(xí)性。

基因型是有機(jī)體從雙親獲得的遺傳信息所賦有的特性。因此，發(fā)育是從基因型實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)型的過(guò)程，是基因選擇表達(dá)的結(jié)果。

基因型和表型的差異發(fā)育實(shí)際上可以看作基因型與表型的結(jié)合。

遺傳和發(fā)育是個(gè)體發(fā)生過(guò)程的兩個(gè)方面：發(fā)育受遺傳程序的控制，遺傳特性通過(guò)發(fā)育展現(xiàn)出來(lái)。沒(méi)有遺傳就沒(méi)有發(fā)育，沒(méi)有發(fā)育也就無(wú)所謂遺傳。當(dāng)今發(fā)育生物學(xué)與遺傳學(xué)在分子水平上是融會(huì)貫通的。遺傳學(xué)不但與發(fā)育生物學(xué)相伴而來(lái)，而且相伴而興。

關(guān)于發(fā)育的研究雖然已有很長(zhǎng)的歷史，但發(fā)育生物學(xué)是20世紀(jì)50年代后才逐漸形成的。分子生物學(xué)的迅速發(fā)展促使人們對(duì)編碼在DNA上的遺傳信息如何控制生物體的發(fā)育等問(wèn)題進(jìn)行了深入的探討。發(fā)育生物學(xué)已成為當(dāng)代生命科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。6、分子生物學(xué)與發(fā)育生物學(xué)的結(jié)合目前對(duì)于果蠅和線蟲(chóng)發(fā)育的分子控制機(jī)制已基本得到闡明。在深入了解果蠅和線蟲(chóng)發(fā)育機(jī)制的基礎(chǔ)上，近年來(lái)又利用發(fā)育調(diào)控基因在進(jìn)化上的保守性，開(kāi)展了脊椎動(dòng)物發(fā)育分子機(jī)制的深入研究，對(duì)于斑馬魚(yú)、爪蟾等模式動(dòng)物的研究中取得一系列重大的突破。第四節(jié)發(fā)育生物學(xué)主要模式動(dòng)物模式生物

要認(rèn)識(shí)人體基因的功能，無(wú)法直接用人體作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。但是，生物是從共同祖先演化而來(lái)的，所以對(duì)生命活動(dòng)有重要功能的基因在進(jìn)化上是保守的，也就是說(shuō)，這些基因的結(jié)構(gòu)和功能，在低等生物和高等生物中是相似的。因此，可以用比較容易研究的、技術(shù)上更容易操作的生物作為模型來(lái)研究其基因的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能，由此獲得的信息可以使用于其他比較難以研究的生物，特別是推測(cè)相似的人體基因的功能。

模式生物學(xué)就是利用模式生物來(lái)研究生物學(xué)問(wèn)題的學(xué)科。模式動(dòng)物

模式動(dòng)物共同特征：取材方便、胚胎可操作行強(qiáng)、可進(jìn)行遺傳學(xué)研究

各種模式動(dòng)物各有優(yōu)點(diǎn)，其研究成果不僅可以揭示特定物種的特點(diǎn)，還有助于動(dòng)物發(fā)育的一些普遍規(guī)律和機(jī)制。

主要優(yōu)點(diǎn)

1.體積小，易于繁殖；

2.產(chǎn)卵力強(qiáng)；

3.性成熟短；

4.易于遺傳操作：如誘變；

5.基因組序列已全部測(cè)出(Science,Mar.24,2000)。1.Drosophilamelanogaster:Insectmodel(一)InvertebrateModels2、Caenorhabditiselegans:Wormmodel主要優(yōu)點(diǎn)

1.易于養(yǎng)殖：成蟲(chóng)

體長(zhǎng)1mm，易冷

凍保存；

2.性成熟短：2.5-3

天，兩種成蟲(chóng)；

3.細(xì)胞數(shù)量少，譜

系清楚；

4.易于誘變；

5.基因組序列已全部測(cè)出(Science,Dec.11,1998)。(二)、VertebrateModels

1.Xenopuslaevis:Amphibianmodel主要優(yōu)點(diǎn)：

1.性成熟期短；

2.卵體大，易于操作；

3.抗感染力強(qiáng)，易于組織移植；

缺點(diǎn)：

生命周期過(guò)長(zhǎng)，難以進(jìn)行遺傳學(xué)研究主要優(yōu)點(diǎn)

1.體積小，易于飼養(yǎng)；

2.產(chǎn)卵力強(qiáng)；

3.性成熟短；

4.易于遺傳操作：如誘變；

5.體外受精和發(fā)育，胚胎透明易于觀察；

6.基因組序列已全部測(cè)出。2.Daniorerio(zebrafish)3.Gallusgallus(Chicken)主要優(yōu)點(diǎn)

1.發(fā)育過(guò)程與哺乳動(dòng)物更接近

2.雞胚在體外發(fā)育，相對(duì)于哺乳動(dòng)物更容易進(jìn)行研究；

3.研究手段已經(jīng)比較成熟；