大连理工大学发育生物学-重点总结.docx

发育生物学重点总结-杨勇第二节课生殖质（germ plasm）:具有一定形态结构的特殊细胞质,由蛋白质和 RNA构成的颗粒状结构精子和卵子发生的异同点共性：均涉及减数分裂，结果染色体数目减半，且同源染色体间发生交换重组，因而成熟的卵子和精子都是单倍体。当精核和卵核受精时融合后，一个物种正常的二倍体染色体数被恢复，均涉及广泛的形态学分化以利受精，卵子和精子在受精发生之前，都不能过长时间存活不同：卵子发生耗时较长，而精子成熟快速。精子：鞭毛生长、核凝缩、细胞质外排和顶体泡形成卵子：大小剧增、营养积聚、外壳保护层形成等减数第一二次分裂的实质：减数第一次分裂的实质是同源染色体分离，减数第二次分裂的实质是。减数分裂实质是染色体复制一次，连续分裂两次。减数第一次分裂是染色体复制一次，分裂一次（同源染色体分离），前后染色体数目减半；减数第二次分裂时染色体并没有复制，但着丝点分裂（姐妹染色单体分开），前后染色体数目不变。总体过程染色体数目减半。成熟卵子的结构：卵细胞是球形的，有一个核，由卵黄膜包被着。卵的外面具有外被(coat)，其成分主要是糖蛋白，是由卵细胞或其它细胞分泌的。在哺乳动物中这种外被叫做透明带(zonapellucida)，其作用是保护卵子，阻止异种精子进入。许多卵的透明带下面(皮质部，cortex)还有一层分泌性的囊泡，称为皮层颗粒(corticalgranules），受精时以外排的方式释放皮层颗粒能引起透明带结构变化，形成受精膜，阻止其它精子进入。卵细胞比精子有更多的细胞质哺乳动物精卵识别机制：在精卵识别中存在着精子受体和卵透明带配体相互作用的糖类识别机制及精子质膜与卵子质膜的糖蛋白识别。二次结合：在顶体反应期间，与ZP3结合的顶体前端发生胞吐作用，精子必须与透明带结合才可以完成穿透作用，这种结合称为二次结合。第三节阻止多精入卵机制；一、是通过卵细胞膜电位的变化快速阻碍精子入卵。 二、是通过皮层颗粒胞吐作用，形成受精膜持久阻止精子入卵。皮层颗粒反应：是指当精卵质膜融合时卵子被激活，皮层颗粒膜与其外的卵子膜发生融合，导致皮层颗粒的胞吐作用。线粒体基因一般认为是母源性的；但中心体是父源性的。印迹基因（imprinted gene）。在卵子发生或精子发生过程中被打上了不同印记的基因。由于印记不同，来源于雌核和雄核基因的表达模式也不同，即在胚胎发育过程中，有些基因仅来自于雄性的表达，而另一些基因仅来自于雌性的表达。因此只有来自于精子和卵子的二倍体才能正常发育，而仅来自于雌核或雄核的二倍体胚胎则要在发育过程中夭亡。第四节卵裂和多细胞创造卵裂的特点：分裂周期短;快速；分裂球的体积下降：海胆胚胎的质/核比由550降至6;早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。卵裂类型和典型物种：全卵裂(均黄卵)：辐射型: 棘皮类、两栖类；螺旋型: 螺、蚌、软体动物、 纽形动物、多毛类动物；旋转型: 哺乳动物；两侧对称性：水螅。 部分卵裂：盘状偏裂：鸟类、鱼类等端黄和极端端黄卵；表面裂:中黄卵(昆虫)。哺乳动物的卵裂方式属于旋转式卵裂，发生在输卵管中,特征包括： 1. 卵裂速度缓慢； 2. 第1次为经裂，其后的2个卵裂球各采用不同的卵裂方式，一个是经裂，一个是纬裂；这种卵裂的方式称为交替旋转对称式卵裂。3. 早期卵裂不同步，因此哺乳动物的胚胎常常含有奇数个细胞。4. 基因组在卵裂的早期就被激活并表达出进行卵裂所必需的蛋白，哺乳动物另外右一个重要的特征是有胚胎的压缩（compaction）现象。处于8细胞期哺乳动物囊胚细胞命运的早期分化位置决定论内细胞团的产生是哺乳动物早期发育的关键步骤之一。通过对活体胚胎的观察研究，发现这种重要决定作用仅仅依赖于细胞于某一正确时间出现在某一正确的位置。压缩后位于外层的细胞将形成滋养层细胞而内部的细胞将发育成胚胎。一个细胞是否成为胚胎或滋养层细胞，完全取决于压缩作用后细胞所处的位置是位于外周还是内部。人同卵双生3种情况的原因：1.发生在滋养层形成前(约受精后5天前)的分割，有独立的绒毛膜和羊膜。占同卵双生的33%。2. 发生在滋养层形成后但羊膜形成前(约受精后59天)的分割，共用绒毛膜，有独立的羊膜。占同卵双生的66%。3. 发生在羊膜形成后(约受精9天后)的分割，共用绒毛膜和羊膜，易出现连体儿 。小鼠的嵌合胚产生花鼠，说明什么：说明早期卵裂球有同等的发育能力。胚胎干细胞定义：胚胎干细胞是早期胚胎（原肠胚期之前）从原始性腺中分离出来的一类细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。鸟类不完全卵裂：胚盘为动物极直径约23mm的胞质区，前3次卵裂经线裂，发生在输卵管中，胚盘为单细胞层，仍与卵黄相接触。昆虫的表面裂特点：核已经分裂，但细胞质却不分裂，形成含有许多细胞核的合胞体。原肠作用中的主要细胞迁移方式：内陷、内卷、内移、分层、外包。第五节 原肠胚形成原肠作用是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形成内胚层和中胚层器官的细胞迁入胚胎内部，而要形成外胚层的细胞铺展在胚胎表面。原肠作用期的胚胎叫原肠胚(gastrula)。通过原肠作用，胚胎首先建立起三个胚层，即外胚层、中胚层和内胚层；原肠作用中的主要细胞迁移方式:内陷、内卷、内移、分层、外包。海胆原肠作用过程；原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转变成为初级间质细胞，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮细胞转化为次级间质细胞。早期与晚期原肠过程的主要事件：（1）早期原肠内陷初级间质细胞在囊胚腔内迁移。之后，植物极板向内弯曲，内陷。当植物极板内陷深及囊胚腔的1/41/2时，内陷突然停止。所陷入的部分称为原肠（archenteron or primitive gut）。 随着植物极板的内陷，初级间质细胞在植物极区域形成一细胞环。（2）晚期原肠内陷 早期原肠内陷后原肠大幅度拉长， 短粗的原肠变成又细又长的管状结构。，原肠的拉长过程是通过细胞重排实现的，没有新细胞形成，原肠周长内细胞数目大为减少。原肠顶端形成次级间质细胞，次级间质细胞伸出线状伪足，穿过囊胚腔液，直达囊胚腔壁内表面。动物极半球存在着次级间质细胞附着的靶位。当原肠最顶端接触到囊胚腔壁时，次级间质细胞分散进入囊胚腔，在囊胚腔中分裂，最终形成中胚层器官。囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成口，口和原肠最顶端形成一连续相通的消化管。海胆的胚孔最终形成肛门。索状合胞体（syncytial cable），最终形成幼虫碳酸钙骨针的轴。双金属片模型：植物极板细胞分泌硫酸软骨素蛋白多糖（CSPG）到透明内层中，CSPG吸水膨胀，导致透明层弯曲，相连的细胞层内陷。鱼类原肠作用：原肠作用开始于胚盘细胞向植物极方向的卵黄下包。由YSL驱动，是胚盘变薄。上下胚层的形成：50%下包时，与卵黄交界处的deep cells内卷。使交界处形成厚实的一圈，叫胚环。内卷的细胞和由上层内移的细胞形成下胚层，上层的deep cells为上胚层。胚盾：因 深层细胞的内卷和会聚扩展而在胚环的某处形成的加厚区。原条(primitive streak)名词解释：原条为可见的条状结构，从胚盘后部边缘区一直延伸到明区的中间。第六节 三胚层与器官发生胚胎发育4个时期：卵裂期，囊胚期，原肠胚期，神经轴胚期，器官发生期两栖类原肠作用始于瓶状细胞的形成和内陷. 它们的内陷使囊胚表面形成一个小沟,即为胚孔两栖类的灰色新月定义与意义：精子入卵后，皮层向精子进入的方向旋转大约30度。在动物极皮层含大量色素而内层含有少量色素的物种中，这一胞质不同层次的相对运动形成了一个在精子进入点对面的新月形的区域，称为灰色新月。意义：灰色新月区含有合子形成完整的胚胎所必须的形态发生因子。对原肠作用的启动具有重要作用，对背腹轴形成起决定作用。外胚层：表皮外胚层分化为皮肤上皮，包括皮肤腺和其他皮肤衍生物， 神经外胚层形成中枢神经系统 神经嵴周围神经系统、感觉器官和消化管的两端神经管(neural tube)是中枢神经系统的原基，其形成称为神经胚形成neurulation。其方式分primary neurulation和secondary neurulation两种。1. Primary neurulation: 由外胚层细胞增殖、内陷并最终离开外胚层表面而形成中空的神经管。绝大多数脊椎动物前部神经管的形成采用此种方式。2. Secondary neurulation: 神经管起源于胚胎中的一条实心细胞索，该细胞所中心变空后，形成神经管。鸟类、哺乳类、两栖类动物胚胎的后部神经管及鱼类胚胎的全部神经管的形成采取此种方式。神经轴胚期的3个时期：神经板期、神经沟期、神经管期。脊索（临时性中胚层脊柱），中胚层背部正中区形成。神经管形成后，分化成脑的过程阶段。：神经管前端发育成脑，后端发育成脊髓。人类胚胎的神经管闭合缺陷症哪几种，什么原因导致：不同区域的神经管封口时间不同。第二区封口失败，胚胎的前脑不发育，即致死性的无脑证。第五区不封口导致脊柱裂口症。孕妇服用叶酸和适量的胆固醇可降低胎儿神经管缺陷的风险表皮发育简介过程：表皮的发育于两种生长因子密切相关一种是转化生长因子（TGF ），是一种自分泌生长因子。由基底层细胞合成，促进基层细胞自身分裂。另一种为角质细胞生长因子（KGF）是一种外分泌生长因子。由真皮下面的成纤维细胞产生，调节基底层细胞的增殖。多数脊椎动物中，表皮很快成为外面的胎皮（periderm）和内层的基底层（basal layer）。基底层再分裂成为棘层，这两层构成马尔皮基层，可分裂成颗粒层，颗粒层不分裂，分化成角质细胞向外侧迁移。色素细胞能将色素体转移到角质细胞银屑病病因：由TGF 基因表达过度引起表皮细胞大量脱落。第七节神经胚期中胚层分为5个区域，which five，各区域形成的组织器官：脊索中胚层，形成脊索；轴旁（体壁）中胚层，形成体节和神经管两侧的中胚层细胞，将来产生背部许多结缔组织骨，肌肉，软骨和真皮；中段（间介）中胚层：形成泌尿和生殖系统；侧板中胚层，形成心脏、血管、血细胞以及体腔衬里和除肌肉外四肢所有中胚层部分；头部间充质，形成面部结缔组织和肌肉。骨发生的方式：膜内成骨：头部间充质细胞形成颅骨；软骨内成骨：脊椎骨、肋骨、四肢骨、骨盆。肢区的形成：Hox基因和视黄酸RA肢区形成的位置在每一物种是恒定的，由Hox基因沿身体前后轴表达的水平决定。Hox基因，全名同源基因，是生物体中一类专门调控生物形体的基因，一旦这些基因发生突变，就会使身体的一部分变形。视黄酸RA对于肢芽的向外生长具有重要的意义。诱导肢体发育启动的信号是：肢体区的侧板中胚层细胞从周围的间介中胚层得到发育启动信号后，开始分泌FGF10，其对于植体发育的启动和维持不但是必要而且是充分的。Hox下游转录因子TBX4和TBX5分别与后肢和前肢的特化的关系人类TBX5基因基因缺失会导致前肢（上肢）和心脏的异常，但后肢（下肢）基本不受影响；用表达TBX4的病毒感染鸡胚体侧，可使FGF10诱导形成的前肢转变为后肢。后肢和前肢的特化的机制：在前后肢芽中由不同Hox转录因子形成的特定组合，通过激活不同特定的决定基因来实现前后肢的不同发育途径。转录因子TBX4和TBX5在FGF10诱导形成的枝芽中表达，分别与后肢和前肢的形成有关。顶外胚层嵴（apical ectoderm ridge，AER）随着鸟类和哺乳类的中胚层间质细胞进入肢区， 它们分泌的因子诱导肢芽顶端前、后边缘的外胚层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，称为顶外胚层嵴（apical ectoderm ridge，AER）。渐进区PZ：位于AER下方的中胚层。AER起初的形成和继续存在依赖于PZ。极性活化区（ZPA）：在形成肢体前后轴的过程中，起决定作用的部位是肢芽后缘，位于背侧和腹侧外胚层交界处下方的间充质，通常称之为极性活化区。脊椎动物完全形成的附肢包含三个轴的发育：近远轴（proximal-distal, P-D）、背腹轴（dorsal-ventral，D-V）和前后轴（anterior-posterior, A-P）。各自决定的关键分子和区域 Hox基因缺陷导致肢体相应部位的缺失指趾分化：ZPA间充质细胞表达的SHH对于指趾分化至关重要。位于ZPA间充质细胞受自身分泌的SHH刺激，时间长；ZPA之外的间充质细胞受扩散来的SHH刺激，时间短。接受SHH刺激时间的长短决定了除大拇指(趾)外其他指（趾）分化。细胞死亡在指/趾的成形过程中，特别是关节形成和手指的分离中起着重要的作用。第八节细胞分化定义，与细胞增殖关系：细胞的分化是细胞增殖到一定数量以后开始的。增殖是细胞分化物质积累和信号的形成的一个过程，而分化是细胞发生质的改变，细胞在核质比、细胞器种类、生理功能上发生根本变化。“一般来说，在胚胎发生的过程中，所有的细胞都接受了完整的、而且是同样的基因组。每个细胞都具有基因组的等值性。发育过程中基因的选择性表达是细胞分化的基础。细胞分化总是先有生化成分的改变，然后才有生理功能和形态结构的改变。 首先是细胞命运的决定，然后是细胞按决定的方向进行分化细胞分化的标志：v 合成新的特异性蛋白质 v 出现新组装的亚细胞结构v 特定功能形态生成素（morphogen）是由母源基因编码的一些信息分子（蛋白质和mRNA）。 细胞命运Fate of cells:指正常发育情况下细胞将发育的方向，这种方向可因条件的改变而改变。细胞决定Determination:指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单一化。细胞特化Specification:指一组细胞在中性环境下离体培养，它们仍按其正常命运图谱发育。细胞核移植实验证明什么：分化中遗传物质没有发生不可逆改变；细胞质中含有决定核内基因活性谱的控制因子。克隆动物原理：细胞中遗传物质没有发生不可逆转的破坏，细胞核仍然具有遗传上的全能性。动物胚胎细胞的定型的两种基本方式，各自特点：镶嵌型发育的胚胎细胞定型：由细胞内的形态发生因子决定，称为自主特化。调整型发育的胚胎细胞定型：由细胞相互关系来决定，称为有条件特化或渐进式特化或依赖式特化。细胞表型分为3个类型：全能细胞，多能细胞，分化细胞。举例说明染色体的消减：马蛔虫体细胞的前体细胞在卵裂阶段，80%以上基因丢失，不具备完整的基因组；仅生殖系的细胞具有一套完整的基因组。廮蝇在16细胞时，其中14个细胞核中32条染色体丢失，仅保留8条染色体，最后分化为体细胞，其余两个发育成生殖细胞。基因活性状态如何与染色质的结构有关：哺乳动物失活的X染色体在生殖细胞形成时才重新恢复活性状态。第九节 胚轴的特化与体轴的建立母体基因：在卵子发生过程中表达，并在卵子发生及早期胚胎发育中具有特定功能的基因。合子基因：受精卵在胚胎发育过程中表达的基因，受母体基因产物的激活。有哪4组母体效应基因与果蝇胚轴形成有关，前端组：BCD HB后端组：NOS CDL末端组：TOR背腹组：DL果蝇胚胎前后轴形成机制:决定前后轴的三组母体基因包括：前端系统决定头部分节的区域，后端系统决定分节的腹部，末端系统决定胚胎两端不分节的原头区和尾节。 前端组织中心：bcd mRNA由滋养细胞合成，后转移至卵细胞中并定位于卵细胞的前极。bcd mRNA在受精后迅速翻译，形成BCD蛋白从前到后的梯度。突变型的BCD均匀分布，不能形成前后浓度梯度，缺失头胸结构，原头区由尾区取代。hunchback（hb）是其靶基因之一, 控制胚胎胸部及头部部分结构的发育。hb在合胞体胚盘阶段开始翻译，表达区域主要位于胚胎前部，HB蛋白从前向后也形成一种浓度梯度。hb基因的表达受BCD蛋白浓度梯度的控制，只有BCD蛋白的浓度达到一定临界值才能启动hb基因的表达。hunchback又可开启一些缺口基因如giant、krppel和knips等基因的表达。缺口基因按一定顺序沿前后轴进行表达 。后端组织中心：NANOS蛋白和CAUDAL蛋白浓度梯度后端系统包括约10个基因，这些基因的突变都会导致胚胎腹部的缺失。在这一系统中起核心作用的是nanos（nos）基因。Nanos决定后部区的发育，它在受精后形成PA浓度梯度，其作用是与 hunchback mRNA结合，阻止后者在后区的翻译，帮助形成Hunchback蛋白梯度。另一个重要的母源性产物caudal（cdl）mRNA最初也是均匀分布于整个卵质内，BCD mRNA 能抑制cdl mRNA的翻译。在BCD活性从前到后降低的浓度梯度下形成CDL从后到前降低的浓度梯度。末端系统：TORSO信号途径未受精前，torso已均匀地分布在卵的质膜上。但其腺体torsolike定位在两端的卵外膜(vitelline membrane)上，不能与torso结合。受精时，torsolike得以释放， torsolike与torso结合, torso活化，启动信号传导。背 腹轴形成的机制：背-腹系统对合子靶基因表达的调节方式与前端系统相似，通过一种转录因子的浓度 梯度来完成。浓度梯度形成的方式不同，调节的基因和蛋白不同，作用位点也不同。背腹系统浓度梯度形成的方式: dl基因编码一种转录调节因 子。dl mRNA和DL蛋白在卵子中是均匀分布。当胚胎发育到第9次细胞核分裂之后， 细胞核迁移到达合胞体胚盘的外周皮质层 ，在腹侧的DL蛋白开始往核内聚集，但背侧的DL蛋白仍位于胞质中，从而，使DL蛋白在细胞核内的分布沿背腹轴形成一种浓度梯度。前后轴形成过程中浓度梯度是在细胞质中形成的。体节形成：合子基因决定胚胎体节的形成。在胚轴建立的基础上，果蝇胚胎在控制体节正常产生和正确分布的基因指导下，建立正常体轴。在体结沟形成之前，一个未来体节的后半部与后面相邻的体节的前半部形成一个副体节。在合包体胚囊中，胚胎细胞开始产生它们自身的mRNA和蛋白质，其中许多蛋白质是基因表达调控因子，这些因子的表达被限定在特定的空间内。按其表达层次分为三组：gap genes（间隙基因），pair-rule genes（成对控制基因），segments-polarity genes（体节极性基因）。Hox基因决定类型：果蝇大部分同源异型选择者基因位于3号染色体相邻的两个区域，其一为触角足复合体Antp-C，另一个为双胸复合体BX-C，二者统称同源异型复合体HOX。Hox genes 的表达受Gap和Pair-rule 基因的控制。HOX基因名词解释：即同源异型基因，是对每个体节作进一步特化的基因。总结：胚胎的前后轴和背腹轴分别独立地由母体效应基因产物决定。这些母体效应 基因主要编码转录因子，它们的产物通常形成一种浓度梯度并产生特异的位置信息 ，以进一步激活一系列合子基因的表达。随着这些基因的表达，胚胎被分成不同的区域。每个区域表达特异性基因的组合， 沿前 后轴形成间隔性的模式，即体节的前体形式。最后每一体节通过HOM-C基因的特异性表达而确定其特征。第10节细胞衰老含义：细胞衰老是细胞在正常环境条件下发生的功能减退，逐渐趋向死亡的现象。表现：1)细胞质膜变性 2)细胞器降解 3)细胞核异常 4)细胞水分减少自由基特点：氧化性损伤生长的3种策略，举例：细胞生长，细胞增殖，细胞分化。原癌基因名词解释，举例重要的几种：原癌基因是细胞基因组的正常成分，只有在受到物理，化学或生物等因素的作用后，其结构或表达调控发生改变，使之激活才能具有致癌活性。举例：ras基因突变与肿瘤发生，myc基因突变与肿瘤发生，neu基因突变与肿瘤发生，bcl2基因突变与肿瘤发生，mdm2基因高表达时表现癌基因功能。抑癌基因名词解释，举例重要的几种：Rb 基因p53基因p16基因 ：正常细胞中存在的基因，但在一定情况下被抑制或丢失后可减弱甚至消除抑癌作用的基因。正常情况下它们对细胞的发育、生长和分化的调节起重要作用。举例：Rb,p35.p16基因。细胞衰老分子机制的主流假说 ：1氧化性损伤。2 rDNA。3 沉默信息调节蛋白复合物。4 SGS1基因和WRN基因。5 程序化细胞死亡。什么是端粒？功能？与衰老关系：端粒是指真核细胞线性染色体末端的蛋白质DNA特殊结构，及染色体末端DNA序列的多个重复，起作用是保护和稳定染色体末端。功能：1 维持染色体结构的完整性，防止染色体被核酸酶降解和染色体间融合。2 防止染色体基因在复制时丢失。端粒限制细胞分裂次数，当端粒缩短到一定程度就不在保护染色体免受核酸酶的降解，细胞分裂控制点就此得到信号，使细胞分裂停止进入老化过程，最后导致细胞死亡。端粒酶特点：是一种RNA与蛋白质的复合体，他以自身RNA上的一个片段为模版通过逆转录合成端粒重复序列，导致端粒延长。端粒酶活性常见于恶性肿瘤中。功能：负责延长端粒沉默信息调节蛋白SIR (silence information regulator）作用机理：基因组静止，限制生物代谢率，抑制端粒分裂。什么是rDNA？特点?