发育生物学___第二章___细胞命运的决定

1、第二章第二章 细胞命运的决定细胞命运的决定 动物机体是由动物机体是由分化细胞（分化细胞（specialized cell）组成的。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。 分化细胞的种类约分化细胞的种类约250种。种。心肌细胞心肌细胞 平滑肌平滑肌 神经元神经元 红细胞红细胞 第一节第一节 细胞定型细胞定型 一、细胞定型和分化一、细胞定型和分化 细胞分化：细胞分化：从单个的全能细胞受精卵产生各种类型细胞的从单个的全能细胞受精卵产生各种类型细胞的发育过程发育过程叫叫细胞分化（细胞分化（cell differentiation）。）。 已分化的细胞不但具有

2、一定的形态和合成特异的产物，而已分化的细胞不但具有一定的形态和合成特异的产物，而且行使特异的功能。且行使特异的功能。 定定 型：型：细胞分化在表现出明显的形态和功能变化之前，细胞分化在表现出明显的形态和功能变化之前，会发生隐性变化，使细胞命运朝特定方向发展，这一过程会发生隐性变化，使细胞命运朝特定方向发展，这一过程称为称为定型定型或或指定（指定（commitment）。）。 已定型细胞和未定型细胞已定型细胞和未定型细胞表型相同表型相同，唯一区别唯一区别是是前者的发前者的发育命运已经受到严格限制育命运已经受到严格限制。 Slack（1991）建议将细胞定型分为）建议将细胞定型分为特化（特化（sp

3、ecification）和和决定（决定（determination）两个阶段：两个阶段：第一阶段：特第一阶段：特 化化 当一个细胞或者组织放在中性环境（当一个细胞或者组织放在中性环境（neutral environment）如培养皿中可以自主分化时，就可以说这）如培养皿中可以自主分化时，就可以说这个细胞或组织已经个细胞或组织已经特化（特化（specialized）了。了。第二阶段：决第二阶段：决 定定 当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，就可以说这个细胞或组织已经就可以说这个细胞或组织已经决定（决定（determined）了。了。

4、 特化和决定的特征：特化和决定的特征： 已已特化的细胞或组织特化的细胞或组织的发育命运是的发育命运是可逆可逆的的 。 如果把已特化的细胞或组织移植到胚胎不同的部位，它就会如果把已特化的细胞或组织移植到胚胎不同的部位，它就会分化成不同的组织。分化成不同的组织。 相比之下，相比之下，已已决定的细胞或组织决定的细胞或组织的发育命运是的发育命运是不可逆不可逆的的。把已决定细胞或组织移植到胚胎不同部位，它只会分化成同把已决定细胞或组织移植到胚胎不同部位，它只会分化成同一种组织。一种组织。 定型和分化的关系：在细胞发育过程中，定型和分化的关系：在细胞发育过程中，定型和分化是两个定型和分化是两个相互关连的过

5、程相互关连的过程。在胚胎早期发育过程中，。在胚胎早期发育过程中，某一组织或器官某一组织或器官的原基首先必需获得定型，然后才能向预定的方向发育，也的原基首先必需获得定型，然后才能向预定的方向发育，也就是分化，形成相应的组织或器官就是分化，形成相应的组织或器官。定型后，分化不可逆转定型后，分化不可逆转。细胞定型存在三种方式细胞定型存在三种方式第一种：自主特化第一种：自主特化第二种：有条件特化（渐进特化、依赖型特化）第二种：有条件特化（渐进特化、依赖型特化）第三种：合胞体特化第三种：合胞体特化胚胎一般使用多种方式确定细胞发育命运。胚胎一般使用多种方式确定细胞发育命运。 第一种：自主特化第一种：自主特

6、化细胞定型是通过细胞定型是通过胞质隔离胞质隔离来实现的来实现的。卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂球卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的中所含有的特定胞质特定胞质决定它发育成哪一类细胞，细胞命运的决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。这种定型方式称为定与临近的细胞无关。这种定型方式称为自主特化自主特化。以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为镶嵌型发育镶嵌型发育或或自主自主性发育性发育，整体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。，整体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。 Weismann理论的核心强

7、调早期的卵裂必须为理论的核心强调早期的卵裂必须为不对称卵裂不对称卵裂。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是完全不同的。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是完全不同的。第二种：有条件特化（渐进特化、依赖型特化）第二种：有条件特化（渐进特化、依赖型特化）细胞定型是通过细胞定型是通过胚胎诱导胚胎诱导实现的。实现的。胚胎发育过程中，胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过相互作用相邻细胞或组织之间通过相互作用，决定其中一，决定其中一方或双方的分化方向，也就是方或双方的分化方向，也就是发育命运。发育命运。初始阶段，细胞可能具有不止一种分化潜能，和邻近细胞或组织的初始阶段，细胞可能具有不止一种分化潜能，和邻近细胞或组织

8、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。化。细胞命运的这种定型方式称为细胞命运的这种定型方式称为有条件特化有条件特化或或渐进特化渐进特化或或依赖型特化依赖型特化。第三种：合胞体特化第三种：合胞体特化昆虫（如果蝇卵）受精后昆虫（如果蝇卵）受精后2h内，只有细胞核分裂，没有细胞内，只有细胞核分裂，没有细胞质分裂，由此形成在受精卵周围含有大约质分裂，由此形成在受精卵周围含有大约3500个细胞核的合个细胞核的合胞体囊胚。合胞体细胞拥有共同的细胞质，其中细胞发育命胞体囊胚。合胞体细胞拥有共同的细胞质，其中细胞发育命运的特化

9、使用自主特化和渐进式特化两种方式，称为合胞体运的特化使用自主特化和渐进式特化两种方式，称为合胞体特化。特化。 合胞体前端细胞的细胞核暴露于前端细胞质的合胞体前端细胞的细胞核暴露于前端细胞质的转录因转录因子子中，这些转录因子在后端细胞质并不存在。中，这些转录因子在后端细胞质并不存在。合胞体后端细胞的细胞核暴露于后端细胞质的合胞体后端细胞的细胞核暴露于后端细胞质的转录因转录因子子中，这些转录因子在前端细胞质也不存在。中，这些转录因子在前端细胞质也不存在。细胞核和转录因子之间相互作用就发生共同的细胞质细胞核和转录因子之间相互作用就发生共同的细胞质中，而这一作用最终导致细胞发育命运向不同方向特中，而这

10、一作用最终导致细胞发育命运向不同方向特化。化。通过通过转录因子转录因子行使行使形态发生素形态发生素作用，果蝇合胞体内每作用，果蝇合胞体内每个细胞核都获得一个位置信息，也就是细胞核是成为个细胞核都获得一个位置信息，也就是细胞核是成为身体前端、中部或者后端一部分。身体前端、中部或者后端一部分。当合胞体细胞核最终分隔到细胞内时，这些细胞的发当合胞体细胞核最终分隔到细胞内时，这些细胞的发育命运大体已经定型。每个细胞特定的发育命运将通育命运大体已经定型。每个细胞特定的发育命运将通过过自主特化自主特化（由从卵子内继承的转流因子作用）和（由从卵子内继承的转流因子作用）和渐渐进特化进特化（由细胞（由细胞-细胞

11、相互作用）共同作用而决定。细胞相互作用）共同作用而决定。 任何动物胚胎发育过程中都存在自主特化和有条件特化两任何动物胚胎发育过程中都存在自主特化和有条件特化两种细胞定性方式，程度大小不同而已。种细胞定性方式，程度大小不同而已。 多数无脊椎动物多数无脊椎动物： 自主特化（自主特化（主要主要） 有条件特化（有条件特化（次要次要） 脊椎动物脊椎动物： 有条件特化（有条件特化（主要主要） 自主特化（自主特化（次要次要）一、形态发生决定子一、形态发生决定子 形态发生决定子也称为形态发生决定子也称为成形素成形素或或胞质决定子胞质决定子，其概念的形，其概念的形成源于对细胞谱系的研究。成源于对细胞谱系的研究。

12、 Whitman（1878）对）对环节动物水蛭环节动物水蛭（Clepsine）细胞谱）细胞谱系和细胞发育命运作过较为完整的描述。系和细胞发育命运作过较为完整的描述。 结果表明结果表明：水蛭：水蛭肌肉肌肉和和腹神经索腹神经索等高度分化的结构是由特等高度分化的结构是由特定的裂球发育而来，特定的裂球是受精卵根据精确的卵裂定的裂球发育而来，特定的裂球是受精卵根据精确的卵裂方式分裂产生，含有卵子一定区域的细胞质。方式分裂产生，含有卵子一定区域的细胞质。第二节第二节 细胞自主特化细胞自主特化 和水蛭胚胎相似，海鞘胚胎也是依据卵内贮存信息进行和水蛭胚胎相似，海鞘胚胎也是依据卵内贮存信息进行自我自我分化的镶嵌

13、体分化的镶嵌体。 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同区域的卵细胞质含有不同的形态发生决定子不同的形态发生决定子，能够使细胞，能够使细胞朝一定的方向分化。朝一定的方向分化。 某些海鞘某些海鞘卵细胞质不同区域具有不同的颜色卵细胞质不同区域具有不同的颜色，卵子受精时不，卵子受精时不同区域的细胞质分配到不同的裂球中。同区域的细胞质分配到不同的裂球中。柄海鞘裂球的发育命运柄海鞘裂球的发育命运 Conklin（1905）通过跟踪柄海）通过跟踪柄海鞘裂球的发育命运发现：鞘裂球的发育命运发现：不同区不同区域的卵细胞质分

14、别与未来胚胎特域的卵细胞质分别与未来胚胎特定的发育命运相联系定的发育命运相联系。 黄色新月区黄色新月区含有黄色细胞质，含有黄色细胞质，称为肌质（称为肌质（myoplasm），将来），将来形成肌细胞。形成肌细胞。 灰色新月区灰色新月区含有灰色细胞质，含有灰色细胞质，将来形成脊索和神经管。将来形成脊索和神经管。 动物极动物极部分含透明细胞质，将部分含透明细胞质，将来形成幼虫表皮。来形成幼虫表皮。 灰色卵黄区灰色卵黄区含大量灰色的卵黄，含大量灰色的卵黄，将来形成幼虫消化道。将来形成幼虫消化道。海鞘不同胞质决定子的镶嵌分布海鞘不同胞质决定子的镶嵌分布玻针挤压实验玻针挤压实验 Whittaker用玻针反

15、复挤压，使海鞘的分裂沟退化，而形成用玻针反复挤压，使海鞘的分裂沟退化，而形成新的分裂沟，部分肌质即黄色新月区胞质便转移到预定外胚新的分裂沟，部分肌质即黄色新月区胞质便转移到预定外胚层细胞中。肌质转移到层细胞中。肌质转移到预定非肌细胞预定非肌细胞后，也能产生肌肉。后，也能产生肌肉。 结果表明结果表明：卵细胞质中存在某种：卵细胞质中存在某种形态发生决定子形态发生决定子，能够指定，能够指定细胞朝一定方向分化，形成特定组织结构。细胞朝一定方向分化，形成特定组织结构。核移植实验核移植实验 我国学者童第周（我国学者童第周（1977）在海鞘卵子受精后）在海鞘卵子受精后 20 min 把受精把受精卵一分为二。

16、其中一个卵一分为二。其中一个无核卵块作为无核卵块作为受体受体，分别把原肠胚或，分别把原肠胚或尾芽期幼虫的尾芽期幼虫的外胚层外胚层、中胚层中胚层和和内胚层内胚层的的细胞核（供体）细胞核（供体）移移植到受体中。植到受体中。 结果表明结果表明：所形成的组织总是和无核卵块含有的细胞质组分：所形成的组织总是和无核卵块含有的细胞质组分有关，与细胞核无关。有关，与细胞核无关。外胚层细胞核外胚层细胞核中胚层细胞核中胚层细胞核内胚层细胞核内胚层细胞核 海鞘属于典型的镶嵌型发育胚胎。海鞘属于典型的镶嵌型发育胚胎。 典型的典型的镶嵌型发育镶嵌型发育的胚胎还有的胚胎还有栉水母、环节动物、线虫和栉水母、环节动物、线虫和

17、软体动物软体动物等。在这些动物卵细胞质中，都等。在这些动物卵细胞质中，都存在存在形态发生决形态发生决定子。定子。 与镶嵌发育相反，与镶嵌发育相反，海胆、两栖类和鱼类海胆、两栖类和鱼类等动物的胚胎属于等动物的胚胎属于典型的典型的调整型发育调整型发育胚胎。在这些呈典型的调整型发育的动胚胎。在这些呈典型的调整型发育的动物卵子细胞质中，也物卵子细胞质中，也存在着存在着形态发生决定子形态发生决定子。 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广泛存在于各种动物的卵子细胞质中。二、胞质定域二、胞质定域胞质定域：胞质定域： 形态发生决定子在卵细胞质中呈一定形式分形态发生决定子在卵细胞质中呈

18、一定形式分布，受精时发生运动，被分隔到一定区域，并在布，受精时发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂时分配到特定的裂球中，决定裂球的发育命卵裂时分配到特定的裂球中，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。 胞质定域也称为胞质定域也称为胞质隔离胞质隔离或或胞质区域化胞质区域化或或胞质重胞质重排排。（一）海鞘（一）海鞘 根据海鞘胚胎细胞谱系，根据海鞘胚胎细胞谱系，8细胞期只有植物极后面一对裂球细胞期只有植物极后面一对裂球B4.1含有肌质，能形成肌肉组织。含有肌质，能形成肌肉组织。 B4.1两裂球：分离下来单独培养，确实可以两裂球：分离下来单独培养，确实可以形成肌组织形成肌组

19、织，AChE染色呈阳性染色呈阳性； 余下的余下的6个裂球：分离下来单独培养后发育的胚胎个裂球：分离下来单独培养后发育的胚胎不形成肌不形成肌肉肉，也，也检测不到检测不到AChE活性活性。 海鞘胚胎发育过程中，只在幼虫肌组织中形成乙配胆碱酯酶海鞘胚胎发育过程中，只在幼虫肌组织中形成乙配胆碱酯酶(AChE)，它使幼虫肌肉能对来自神经的刺激发生反应。因，它使幼虫肌肉能对来自神经的刺激发生反应。因此，此，AChE可以作为海鞘肌细胞分化的特异性标记。可以作为海鞘肌细胞分化的特异性标记。 海鞘分裂球海鞘分裂球的决定谱系的决定谱系海鞘的肌肉细胞谱系海鞘的肌肉细胞谱系自主肌肉特化自主肌肉特化有条件肌肉特化有条件

20、肌肉特化海鞘的三种组织胞质决定子的运动比较海鞘的三种组织胞质决定子的运动比较肌肉肌肉表皮表皮内胚层内胚层第一期卵质分离第一期卵质分离8细胞胚胎细胞胚胎第二期卵质分离第二期卵质分离海鞘胚胎前后轴决定与胞质定域海鞘胚胎前后轴决定与胞质定域海鞘受精卵植物极后端胞质（海鞘受精卵植物极后端胞质（PVC）相对于其余部分细胞）相对于其余部分细胞质呈质呈“显性显性”。去除卵子植物极后端去除卵子植物极后端大约大约10%的细胞质，则多数胚胎只形的细胞质，则多数胚胎只形成幼虫前端结构，成幼虫前端结构，缺乏前后轴缺乏前后轴。把一个受精卵的把一个受精卵的PVC移植到移植到另一个另一个去除去除PVC的受精卵的前的受精卵的

21、前端端，受体卵原来的，受体卵原来的前端前端便便发育成发育成新的新的后端后端，而原来的，而原来的后端后端（去除了（去除了PVC）则）则发育为前端发育为前端。结论结论：海鞘胚胎：海鞘胚胎后端的发育命运后端的发育命运由卵细胞质中特由卵细胞质中特定的胞质决定子决定。而前端的发育命运则由缺定的胞质决定子决定。而前端的发育命运则由缺乏乏PVC所决定。所决定。总结总结：海鞘卵子受精时，卵质发生运动，产生独：海鞘卵子受精时，卵质发生运动，产生独特的胞质区域；不同的胞质区域含有不同的形态特的胞质区域；不同的胞质区域含有不同的形态发生决定子，并在卵裂时分配到不同的裂球中。发生决定子，并在卵裂时分配到不同的裂球中。

22、 Wilson把把帽贝帽贝（Patella coerulea）早期裂球分）早期裂球分离，发现分离裂球的离，发现分离裂球的发育命运发育命运、分裂速度分裂速度和和分裂分裂方式方式都和留在完整胚胎内的相同裂球一样。都和留在完整胚胎内的相同裂球一样。 分离裂球本身不但含有决定分裂节奏和分裂方式分离裂球本身不但含有决定分裂节奏和分裂方式所必需的全部物质，而且还含有不依赖于胚胎其所必需的全部物质，而且还含有不依赖于胚胎其他细胞而进行自我分化所必需的全部物质。他细胞而进行自我分化所必需的全部物质。（二）软体动物：极叶和中胚层，背（二）软体动物：极叶和中胚层，背-腹轴的决定腹轴的决定帽贝成纤毛细胞的分化帽贝成

23、纤毛细胞的分化 某些呈螺旋卵裂的胚胎（某些呈螺旋卵裂的胚胎（主要是软体动物和环节动物主要是软体动物和环节动物）在）在第一次卵裂时卵子植物极部分形成一个胞质凸起，称为第一次卵裂时卵子植物极部分形成一个胞质凸起，称为极极叶（叶（polar lobe）。 第一次卵裂结束时，极叶缩回。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，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。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。

24、物质流动所引起的。极极 叶叶角贝属海生动物角贝属海生动物 卵裂过程中极叶凸出和缩回各发生两次卵裂过程中极叶凸出和缩回各发生两次软体动物的极叶软体动物的极叶A，第一次卵裂前极叶的，第一次卵裂前极叶的扫描电镜照片；扫描电镜照片；B，三叶期胚胎的极叶。，三叶期胚胎的极叶。极极 叶叶 Wilson认为极叶中含有控制认为极叶中含有控制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定子。分裂方式以及中胚层分化所必需的决定子。 原因原因：去除极叶：去除极叶，剩下的裂球虽然能正常分裂，但，剩下的裂球虽然能正常分裂，但是不能形成正常的幼虫，而是发育成缺乏中胚层器是不能形成正常的幼虫，而是

25、发育成缺乏中胚层器官官肌肉肌肉和和壳腺壳腺的幼虫。的幼虫。 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。中胚层中胚层不存在时，便没有诱导者诱导外胚层细胞形成壳腺。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。细胞发育命运的又一例证。极叶中形态发生决定子极叶中形态发生决定子 存在于极叶中的形态发生决定子可能和卵子皮质有关。存在于极叶中的形态发生决定子可能和卵子皮质有关。证据证据：把三叶期胚胎进行离心处理，使极叶中可扩散细胞质流入把三叶期胚胎进行离心处理，

26、使极叶中可扩散细胞质流入CD裂球中，再切除极叶，结果发育的胚胎仍缺乏中胚层结构；裂球中，再切除极叶，结果发育的胚胎仍缺乏中胚层结构；用微吸管吸除极叶中胞质后，卵子其它部分的细胞质流入极叶，用微吸管吸除极叶中胞质后，卵子其它部分的细胞质流入极叶，结果胚胎也可以正常发育；结果胚胎也可以正常发育；把极叶胞质注射到把极叶胞质注射到B裂球时，裂球时， B裂球并不产生中胚层结构。裂球并不产生中胚层结构。 结论结论：卵子可扩散的细胞质不含形态发生决定子。：卵子可扩散的细胞质不含形态发生决定子。 推论推论：极叶形态发生决定子很可能位于卵子皮质胞质中或位于：极叶形态发生决定子很可能位于卵子皮质胞质中或位于皮质部

27、分细胞骨架上。皮质部分细胞骨架上。极叶中背极叶中背-腹轴决定物质腹轴决定物质 极叶还含有决定胚胎背极叶还含有决定胚胎背-腹轴形成的物质。腹轴形成的物质。 用细胞松弛素处理用细胞松弛素处理角贝角贝正在分裂的受精卵，抑制极叶形成，吸正在分裂的受精卵，抑制极叶形成，吸取细胞松弛素后，处理过的受精卵分裂成两个大小一样的裂球，取细胞松弛素后，处理过的受精卵分裂成两个大小一样的裂球，它们在下一次分裂前都形成极叶。这样一来，极叶物质便在第它们在下一次分裂前都形成极叶。这样一来，极叶物质便在第一次卵裂时被同时分配到两个裂球之中；由此形成的幼虫是一一次卵裂时被同时分配到两个裂球之中；由此形成的幼虫是一对孪生胎，

28、彼此以腹部相连。对孪生胎，彼此以腹部相连。 最常见的形态发生决定子可能要算最常见的形态发生决定子可能要算生殖细生殖细胞决定子胞决定子。即使在。即使在蛙类等的调整型卵子蛙类等的调整型卵子中中也存在着生殖细胞决定子。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生殖细胞决定子在卵裂时分配到一定的裂球中，并球中，并决定这些裂球发育成生殖细胞决定这些裂球发育成生殖细胞。（三）线虫（三）线虫 副蛔虫第一次卵裂形成的副蛔虫第一次卵裂形成的动物极裂球发生染色体动物极裂球发生染色体消减消减，而植物极裂球仍保持正常数目的染色体。，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

29、球开始都有正常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，后来数目的染色体，后来靠近动物极裂球的染色体靠近动物极裂球的染色体在在下一次卵裂前下一次卵裂前又发生消减又发生消减。 最终只有一个最终只有一个最靠近植物极的裂球含有全数染色最靠近植物极的裂球含有全数染色体体（全套基因）。（全套基因）。 全数染色体只存在于将来形成全数染色体只存在于将来形成生殖细胞的裂球生殖细胞的裂球里。里。副副 蛔蛔 虫虫副蛔虫受精卵卵裂实验副蛔虫受精卵卵裂实验副蛔虫正常受精卵（副蛔虫正常受精卵（A）经经离心处理离心处理的受精卵（的受精卵（B）分裂时生殖质的分布。）分裂时生殖质的分布。生殖质生殖质染色体消减染

30、色体消减干细胞（干细胞（1个）个）无染色体消减无染色体消减生殖质生殖质无染色体消减无染色体消减干细胞（干细胞（2个）个）生生 殖殖 质质 据此，据此，Boveri认为副蛔虫卵子植物极胞质中含有认为副蛔虫卵子植物极胞质中含有某些物质能某些物质能保护细胞核染色体不发生消减保护细胞核染色体不发生消减，并，并决决定有关裂球形成生殖细胞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形成的物质叫生殖质生殖质（germ plasm）。）。秀丽隐杆线虫秀丽隐杆线虫 秀丽隐杆线虫胚胎细胞命运主要由秀丽隐杆线虫胚胎细胞命运主要由卵内细胞质

31、决卵内细胞质决定定，而不是由邻近细胞间相互作用决定。，而不是由邻近细胞间相互作用决定。 发育过程中，发育过程中，转录因子转录因子可以进入特定裂球的细胞可以进入特定裂球的细胞核，激活或抑制特定基因表达，从而核，激活或抑制特定基因表达，从而决定细胞命决定细胞命运运。 秀丽隐杆线虫胚胎中发现的秀丽隐杆线虫胚胎中发现的SKN1蛋白质蛋白质就很就很可能是一种可能是一种“转录因子转录因子”样形态发生决定子。样形态发生决定子。SKN-1 SKN-1来自母体，具有来自母体，具有与与DNA结合的特征序列结合的特征序列，能调节形，能调节形成成咽咽的的EMS裂球的命运。裂球的命运。 秀丽隐杆线虫受精卵第一次卵裂后产

32、生秀丽隐杆线虫受精卵第一次卵裂后产生P1和和AB两裂球，两裂球，只有只有后端后端P1裂球分离后可以形成咽细胞裂球分离后可以形成咽细胞； P1裂球分裂后，产生裂球分裂后，产生EMS和和P2两裂球，两裂球， 只有只有EMS裂球分离后能形成咽细胞裂球分离后能形成咽细胞； 而而EMS裂球分裂后，产生裂球分裂后，产生MS和和E两裂球，两裂球， 只有只有MS裂球具有形成咽的潜能裂球具有形成咽的潜能。 结论结论：咽部细胞命运可以通过分离到：咽部细胞命运可以通过分离到 这些裂球中的这些裂球中的母源性因子（母源性因子（maternal factor）自主决定。自主决定。SKN-1 蛋白质蛋白质SKN-1存在于卵

33、细胞质中，存在于卵细胞质中，处于无活性状态。处于无活性状态。 第一次卵裂后，第一次卵裂后， SKN-1大部分进入大部分进入P1卵裂球的细胞核中，卵裂球的细胞核中，少量进入少量进入AB裂球的细胞核中；裂球的细胞核中； 第二次卵裂后，第二次卵裂后，P1产生的产生的EMS和和P2两个裂球的细胞核中两个裂球的细胞核中都有都有SKN-1。 SKN-1能激活能激活P1裂球及其产生的裂球及其产生的EMS和和P2两裂球中某些特定基因，两裂球中某些特定基因，从而决定它们的发育命运。从而决定它们的发育命运。ABP1EMSP2（四）昆（四）昆 虫虫 果蝇中枢神经系统形成时，果蝇中枢神经系统形成时，神经干细胞神经干细

34、胞（成神经细胞）分（成神经细胞）分裂产生性质截然不同的两个类型的细胞：裂产生性质截然不同的两个类型的细胞： 一个子细胞成为一个子细胞成为成神经细胞成神经细胞（干细胞，继续维持细胞数目（干细胞，继续维持细胞数目增加）增加） 另一个子细胞成为另一个子细胞成为神经节母细胞神经节母细胞（分裂产生的细胞为预定（分裂产生的细胞为预定分化为神经元的细胞）。分化为神经元的细胞）。神经节母细胞内特异性蛋白质如神经节母细胞内特异性蛋白质如膜蛋白膜蛋白Numb和转录因子和转录因子Prospero决定神经元发育命运决定神经元发育命运Numb和和Prospero实际上实际上是在成神经细胞中产生是在成神经细胞中产生卵裂开

35、始时卵裂开始时Numb和和Prospero聚集于聚集于将要成为神经节母细胞膜的附近将要成为神经节母细胞膜的附近卵裂完成时，卵裂完成时，Numb和和Prospero分隔到神经节母细胞中分隔到神经节母细胞中四、形态发生决定子的性质四、形态发生决定子的性质 本质本质：一般认为形态发生决定子可能是：一般认为形态发生决定子可能是某某些特异性蛋白质些特异性蛋白质或或mRNA等生物大分子物等生物大分子物质质，它们可以，它们可以激活或抑制某些基因表达激活或抑制某些基因表达，从而从而决定细胞的分化方向决定细胞的分化方向。 形态发生决定子的性质和作用方式在形态发生决定子的性质和作用方式在海鞘海鞘和和果蝇果蝇中研究

36、较为深入。中研究较为深入。第三节第三节 细胞渐进特化细胞渐进特化 在海胆和脊椎动物等后口动物中，在海胆和脊椎动物等后口动物中，细胞发育命运主要取决细胞发育命运主要取决于它在胚胎中所处的位置于它在胚胎中所处的位置，而，而不是取决于它在卵裂时获得不是取决于它在卵裂时获得哪一块细胞质哪一块细胞质。 胚胎诱导胚胎诱导：胚胎一部分细胞可以对邻近另一部分细胞施加：胚胎一部分细胞可以对邻近另一部分细胞施加影响，并决定其分化方向的作用成为胚胎诱导。影响，并决定其分化方向的作用成为胚胎诱导。 细胞发育命运取决于与其邻近的细胞或组织。对细胞呈有细胞发育命运取决于与其邻近的细胞或组织。对细胞呈有条件特化的胚胎来说，

37、如果在胚胎发育的早期将一个分裂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。命运，填补所留下的空缺。以细胞有条件特化为特点的胚以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为胎发育模式称为调整型发育调整型发育。一、种质学说一、种质学说 19世纪世纪70年代，细胞学研究工作取得很大发展。年代，细胞学研究工作取得很大发展。 Oskar Hertwig（1876）观察到）观察到受精时受精时不但不但卵子和精子卵子和精子融合融合在一起，而且它们的在一起，而且它们的细胞核也融合细胞核也融

38、合在一起。在一起。 van Beneden等研究者（等研究者（1883）证明：）证明：不同种生物不同种生物的体的体细胞核内含有细胞核内含有不同数目的染色体不同数目的染色体；同一种生物同一种生物每个体细胞每个体细胞内所含内所含染色体的数目染色体的数目是是一定一定的；每种生物的；每种生物染色体数目在生染色体数目在生殖细胞内殖细胞内进行减数分裂时进行减数分裂时减半减半，在，在受精时受精时又又恢复原有数目恢复原有数目。 在此基础上，在此基础上，weismann大胆地提出了大胆地提出了解释细胞分化解释细胞分化的的种种质学说质学说(germ plasm theory)。种质学说主要内容种质学说主要内容 假

39、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色体；染色体由各种能决定细胞发育命运的“核决定子核决定子” 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。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，受精卵在分裂时，每个裂球内都分配有相同数目的染色体，但是组成染色体的但是组成染色体的“核决定子核决定子”并不均等地分配到每个裂球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中，也就是说每个裂球只含有部分“核决定子核决

40、定子”；不同的；不同的“核决定子核决定子”在胚胎发育过程中分配到不同的细胞内，由此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有那些最终将发育成生殖细胞的细胞才含有全部“核决定核决定子子”，由此将亲代性状传递给子代，并保持物种的稳定性。，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

41、种类型细胞，都由生殖细细胞和生殖细胞。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。于体细胞，它世代相传，生生不息。 种质学说的实验支持种质学说的实验支持 weismann将新生小鼠尾巴连续切除十几代后，发现其子将新生小鼠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。代仍长出正常尾巴，从而认为这是对他假说的支持。 胚胎学家胚胎学家Roux（1887）的实验结果支持）的实验结果支持Weismannn的的理论。他用烧热的针破坏两细胞期理论。他用烧热的

42、针破坏两细胞期蛙蛙胚的一个分裂球，结胚的一个分裂球，结果存活的另一个分裂球只发育为半个胚胎。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）将蛙胚两裂球分离开培养，发现分开的开的两裂球均可发育为完整的幼体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：蛙胚两裂球期的细胞核是等同的，并没有“核决定核决定子子”不均等分配的现象，不均等分配的现象，Roux实验结论是错误的。实验结论是错误的。原因原因在于坏死裂球对存活裂球仍有影响，使其不能正常发育在于坏死裂球对存活裂球仍有影响，使其

43、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着“胞质决定子胞质决定子”即形态发生决定子，影响胚胎发育。即形态发生决定子，影响胚胎发育。二、海胆的调整型发育二、海胆的调整型发育 海胆的发育是典型的调整型发育。在海胆的发育是典型的调整型发育。在4细胞期或细胞期或8细胞期分细胞期分离卵裂球，细胞也能发育为完整的幼虫，只不过幼虫体积离卵裂球，细胞也能发育为完整的幼虫，只不过幼虫体积较小。其每一个卵裂球在被分离后，都能调整自身的发育，较小。其每一个卵裂球在被分离后，都能调整自身的发育，以形成一个完整的机体。以形成一个完整的机体。D

44、riesch的海胆胚胎分离发育实验的海胆胚胎分离发育实验(1893)A，正常长腕幼虫，正常长腕幼虫，B，单个胚胎细胞发育而成的长腕幼虫。，单个胚胎细胞发育而成的长腕幼虫。海胆受精卵头两次卵裂为经裂，第三次卵裂为纬裂。第三海胆受精卵头两次卵裂为经裂，第三次卵裂为纬裂。第三次卵裂后，胚胎的次卵裂后，胚胎的8个细胞分别为动物极个细胞分别为动物极4个裂球和植物个裂球和植物极极4个裂球。个裂球。Driesch与与1893年将海胆卵放在两块玻璃年将海胆卵放在两块玻璃片之间轻轻挤压的方法改变了卵裂的形式，如果存。在片之间轻轻挤压的方法改变了卵裂的形式，如果存。在“核决定子核决定子”，被扰乱的胚胎应该畸形。，

45、被扰乱的胚胎应该畸形。事实证明，改变第三、四次卵裂面对海胆胚胎正常发育并事实证明，改变第三、四次卵裂面对海胆胚胎正常发育并没有影响。扰乱卵裂过程，使细胞核发生异常分布，并不没有影响。扰乱卵裂过程，使细胞核发生异常分布，并不影响胚胎正常发育。影响胚胎正常发育。Driesch由此推论：由此推论：裂球在整体胚胎中的相对位置总体裂球在整体胚胎中的相对位置总体上可以决定其发育结果；如果位置发生改变，裂球会相应上可以决定其发育结果；如果位置发生改变，裂球会相应地调整自己的发育方向。地调整自己的发育方向。三、两栖类发育调控三、两栖类发育调控 Spemann（1918）发现在蝾螈胚胎的发育命运和海胆卵）发现在

46、蝾螈胚胎的发育命运和海胆卵裂颇为相似。裂颇为相似。 他用婴儿发环沿动植物极轴并且和第一次卵裂平行的平面他用婴儿发环沿动植物极轴并且和第一次卵裂平行的平面套住刚刚受精的卵子，把卵子结扎成两部分，使细胞核分套住刚刚受精的卵子，把卵子结扎成两部分，使细胞核分隔到其中一部分中；待有核部分分裂到隔到其中一部分中；待有核部分分裂到16细胞期，松开发细胞期，松开发环放一个细胞核进入无核部分，这样无核部分便开始分裂。环放一个细胞核进入无核部分，这样无核部分便开始分裂。 紧接着，将发环拉紧，使两部分完全分开，形成一个年龄紧接着，将发环拉紧，使两部分完全分开，形成一个年龄稍大些和一个年龄稍小些的两个胚胎。稍大些和

47、一个年龄稍小些的两个胚胎。 Spemann发现所获得的两个胚胎都能形成完整幼体，说发现所获得的两个胚胎都能形成完整幼体，说明两栖类早期胚胎的细胞核具有遗传等同性，每个细胞核明两栖类早期胚胎的细胞核具有遗传等同性，每个细胞核都具有形成完整机体的潜能。都具有形成完整机体的潜能。蝾螈受精卵的结扎实验蝾螈受精卵的结扎实验蝾螈受精卵的结扎实验说明两栖类早期胚胎的细胞核蝾螈受精卵的结扎实验说明两栖类早期胚胎的细胞核具有遗传上的等同性（具有遗传上的等同性（genetically identical）。）。两栖动物卵的不对称性两栖动物卵的不对称性改变结扎的方向，改变结扎的方向，沿动沿动植物极袖并且和第一次植物

48、极袖并且和第一次卵裂面垂直的平面结扎卵裂面垂直的平面结扎时时，只有含有灰色新月，只有含有灰色新月区细胞质的背侧半球能区细胞质的背侧半球能发育成完整胚胎。发育成完整胚胎。说明说明灰色新月区对胚胎发育灰色新月区对胚胎发育是不可缺少的是不可缺少的。两栖类两栖类动物的胚胎发育也具有动物的胚胎发育也具有镶嵌发育镶嵌发育的特点。的特点。未分化未分化细胞团细胞团原肠胚细胞交换实验原肠胚细胞交换实验 Spemann（1918）将具有）将具有不同色素不同色素的两种蝾螈的两种蝾螈早期胚胎早期胚胎原肠胚细胞原肠胚细胞相互交换，发现当预定表皮细胞被移植到预定相互交换，发现当预定表皮细胞被移植到预定形成神经板的区域时，

49、发育为神经组织：当预定神经板细形成神经板的区域时，发育为神经组织：当预定神经板细胞被移植到预定形成表皮的区域时，发育成表皮。在早期胞被移植到预定形成表皮的区域时，发育成表皮。在早期原肠胚，所移植细胞表现为原肠胚，所移植细胞表现为“依赖型发育依赖型发育” ，最终命运最终命运完全由它们在胚胎中所处的位置决定完全由它们在胚胎中所处的位置决定； 而到而到晚期原肠胚晚期原肠胚，同样的种间移植实验所得结果截然不同，同样的种间移植实验所得结果截然不同，所移植细胞表现为所移植细胞表现为“自主型发育自主型发育” ，完全按预定命运发，完全按预定命运发育，而育，而不再根据它们在胚胎内所处的位置调整发育命运不再根据它

50、们在胚胎内所处的位置调整发育命运。 结论结论：在早期原肠胚向晚期原肠胚过渡过程中，胚胎细胞：在早期原肠胚向晚期原肠胚过渡过程中，胚胎细胞的发育潜能逐斯受到限制；到晚期原肠胚细胞发育命运已的发育潜能逐斯受到限制；到晚期原肠胚细胞发育命运已经决定，只能朝某一预定方向分化。经决定，只能朝某一预定方向分化。 第四节第四节 形态发生素形态发生素细胞特化与细胞特化与形态发生素形态发生素有关。有关。形态发生素：能够通过其浓度确定细胞发育命运形态发生素：能够通过其浓度确定细胞发育命运的可以扩散的生化分子。的可以扩散的生化分子。形态发生素可以是细胞产生的转录因子也可以是形态发生素可以是细胞产生的转录因子也可以是

51、一组细胞内产生的旁分泌因子，被转运到另一组一组细胞内产生的旁分泌因子，被转运到另一组细胞并根据含量多少确定靶细胞发育命运。细胞并根据含量多少确定靶细胞发育命运。暴露于高浓度形态发生素下的未定型细胞特化成暴露于高浓度形态发生素下的未定型细胞特化成一种细胞，而当形态发生素浓度降低到某一阈值一种细胞，而当形态发生素浓度降低到某一阈值时细胞会特化成另一种细胞。时细胞会特化成另一种细胞。海胆胚胎的早期不对称性海胆胚胎的早期不对称性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。育为完整的幼虫。半个半个8细胞期海胆胚胎的细胞期海胆胚胎的发育发育A：沿赤道面将胚胎分沿赤道面将胚胎分为两半为两半B：沿动植物极轴将胚沿动植物极轴将胚胎分为两半胎分为两半永久囊胚永久囊胚 略有异常幼虫略有异常幼虫小幼虫小幼虫小幼虫小幼虫海胆卵子的不对称性海胆卵子的不对称性永久囊胚永久囊胚略有异常幼虫略有异常幼虫小幼虫小幼虫小幼虫小幼虫海胆海胆64细胞期胚胎发育命运细胞期胚胎发育命运