动物胚胎发育：第一章 绪论

1、动物胚胎发育动物胚胎发育第一节第一节 动物胚胎发育研究简史动物胚胎发育研究简史经历了经历了描述性胚胎学描述性胚胎学比较胚胎学比较胚胎学细胞胚胎学细胞胚胎学实验胚胎学实验胚胎学分子胚胎学分子胚胎学发育生物学发育生物学第一章第一章 绪绪 论论一、描述性胚胎学一、描述性胚胎学1.我国古书记载我国古书记载大戴礼记夏小正大戴礼记夏小正“正月孵桴正月孵桴”埤雅埤雅”鸡二十日而化，鹜三十日而化鸡二十日而化，鹜三十日而化“2.后成论后成论(epigenesis)和先成论和先成论(preformation)之争之争 希腊哲学家希腊哲学家Aristotle（公元前（公元前384-322) 系统地研系统地研究了动物

2、发育。究了动物发育。他在对鸡胚和一些无脊椎动物胚胎他在对鸡胚和一些无脊椎动物胚胎观察后提出胚胎发育的两种假设：后成与先成观察后提出胚胎发育的两种假设：后成与先成 Preformation: Preformation: 生物个体一切组成部分都早就生物个体一切组成部分都早就存在于胚胎中，各个部分随着胚胎发育而长大。存在于胚胎中，各个部分随着胚胎发育而长大。 先成论又分为卵源学派和精源学派先成论又分为卵源学派和精源学派 Aristoteles（384-322）William Harvey（1578-1657）16511651年年William William Harvey Harvey 提出卵源提出

3、卵源学说。发表于学说。发表于动动物发育论业物发育论业（Excercitationes Excercitationes de generatione de generatione animaliumanimalium）17世纪，精原学说的代世纪，精原学说的代表人物表人物Nicholas Hartsoeker所想像的精所想像的精子中的微型人。子中的微型人。此外，还有套装此外，还有套装学说学说Caspar Wolff (1759)提出渐成论提出渐成论(epigenesis)，认为，认为成体是由一相对无型成体是由一相对无型的卵逐渐形成的。的卵逐渐形成的。 17世纪，意大利胚胎学家世纪，意大利胚胎学家

4、Marcello Malpighi观察到观察到的鸡胚。的鸡胚。二、比较胚胎学二、比较胚胎学俄国学者冯俄国学者冯 贝克贝克尔（尔（Kar Ernst von Baer，1792-1876）提）提出的出的“Baer定律定律”海克尔海克尔（E.H.Haeckel，1834-1919)提出提出的的”发生重演学说发生重演学说”个体发生重演了个体发生重演了系统发生系统发生三、细胞胚胎学三、细胞胚胎学19世纪世纪30年代末，年代末，Schwann等提出等提出细胞学说。细胞学说。19世纪世纪40年代年代, Weismann提出了提出了生殖细胞论生殖细胞论，认为后代个体是，认为后代个体是通过精子和卵子继承亲本描

5、述躯体特征的信息；卵子是一个细通过精子和卵子继承亲本描述躯体特征的信息；卵子是一个细胞，其分裂产生的细胞可分化出不同组织，从而否定了先成论胞，其分裂产生的细胞可分化出不同组织，从而否定了先成论。 种质学说的内容：种质学说的内容：种质（染色体）种质（染色体）是机体内参与是机体内参与生物遗传生物遗传与生殖与生殖的一种因子，包含在生殖细胞中，通过个体发生与的一种因子，包含在生殖细胞中，通过个体发生与受精过程连续地传递给后代；受精过程连续地传递给后代；August Weissman (1883)August Weissman (1883)种质学说种质学说A.Weismann1834-1914 受精卵卵

6、裂时获得相同数目的染色体，但受精卵卵裂时获得相同数目的染色体，但组成染色体的组成染色体的核决定子核决定子并不均等分配到不并不均等分配到不同的细胞中，不同的核决定子决定细胞的同的细胞中，不同的核决定子决定细胞的发育命运；只有发育成生殖细胞的细胞获发育命运；只有发育成生殖细胞的细胞获得得全部的核决定子全部的核决定子。Antoni van Leeuwenhoek（16321723）Antoni van LeeuwenhoekAntoni van Leeuwenhoek（1677167716791679）发表了观察到人和动物精子。发表了观察到人和动物精子。19世纪世纪Oscar Hertwig发现受精

7、卵含有发现受精卵含有两个细胞核，并最终合并为一个细胞两个细胞核，并最终合并为一个细胞核，仅卵细胞提供细胞质，核，仅卵细胞提供细胞质， 表明细胞表明细胞核含有遗传的物质基础。核含有遗传的物质基础。19世纪末，发现染色体及其数目在发育世纪末，发现染色体及其数目在发育中的变化规律，使孟德尔遗传定律有中的变化规律，使孟德尔遗传定律有了物质基础。了物质基础。四、实验胚胎学四、实验胚胎学1. Roux的实验（的实验（Wilhelm Roux，卢斯，卢斯，1850-1924）Hans DrieschHans Driesch（杜里舒，（杜里舒，1867-19411867-1941）的实验表明，海胆胚）的实验表

8、明，海胆胚胎具有在局部被排除或受损伤后仍正常发育的能力，即胎具有在局部被排除或受损伤后仍正常发育的能力，即胚胎胚胎发育是可调节的发育是可调节的。 2. 2. Hans Driesch的的实验实验11924年，年，Hans Spemann和和Hilde mangold的移植实验的移植实验(蝾螈）蝾螈）表明，表明，胚胎的一种组织可以指导另一种相邻组织的发育（胚胎的一种组织可以指导另一种相邻组织的发育（胚胚胎诱导胎诱导）。（。（1935年获得医学和生理学诺贝尔奖）年获得医学和生理学诺贝尔奖）Hans Spemann（1869-1941)3. 3. 胚胎诱导胚胎诱导4.4.核移植与克隆动物核移植与克隆

9、动物上世纪上世纪50-6050-60年代，两栖类的核年代，两栖类的核移植获得成功后；移植获得成功后；上世纪上世纪80-9080-90年代，年代， 绵羊、牛绵羊、牛、家兔、猪等动物核移植相距获、家兔、猪等动物核移植相距获得成功；得成功；I.WilmutI.Wilmut（19971997）“多莉羊多莉羊”诞生。诞生。I.Wilmut五、化学胚胎学和分子胚胎学五、化学胚胎学和分子胚胎学2020世纪初开始，应用化学方法研究了胚胎发育过世纪初开始，应用化学方法研究了胚胎发育过程中细胞组织的化学变化、能量变化，借以了解胚程中细胞组织的化学变化、能量变化，借以了解胚胎的生理活动对形态发生的影响，激素对发育的

10、影胎的生理活动对形态发生的影响，激素对发育的影响，以及诱导物质的化学本质；响，以及诱导物质的化学本质；2020世纪世纪7070年代，从基因水平研究胚胎细胞的分化、年代，从基因水平研究胚胎细胞的分化、胚胎细胞的生长、分裂和运动，以及核质的关系。胚胎细胞的生长、分裂和运动，以及核质的关系。发育生物学（发育生物学（developmental biologydevelopmental biology）是一）是一门研究生物体从配子发生、受精、胚胎发育、生长门研究生物体从配子发生、受精、胚胎发育、生长到衰老、死亡规律的科学。到衰老、死亡规律的科学。发育生物学是应用现代生物学技术研究生物发发育生物学是应用现

11、代生物学技术研究生物发育机制的科学。育机制的科学。六、发育生物学六、发育生物学发育生物学是一门什么样的学科发育生物学是一门什么样的学科发育生物学是一门新兴的科学，它是由细胞、发育生物学是一门新兴的科学，它是由细胞、遗传、生化、分子等生命科学的发展及与胚胎学的遗传、生化、分子等生命科学的发展及与胚胎学的渗透，在胚胎学的基础上形成的一门生命科学。渗透，在胚胎学的基础上形成的一门生命科学。研究任务：代表动物的研究任务：代表动物的个体的发生过程。个体的发生过程。第二节、动物胚胎发育的研究内容第二节、动物胚胎发育的研究内容发育生物学研究的模式动物发育生物学研究的模式动物1.1. 成虫体长成虫体长1mm1

12、mm，身，身体体透明透明；2. 2. 易于养易于养殖，可冷冻保存；殖，可冷冻保存；3. 3. 性成熟短：性成熟短：2.5-32.5-3天；天；生命周期短，一般为生命周期短，一般为3.5 3.5 天；天；4. 4. 易于诱易于诱变和转基因等；变和转基因等；5. 5. 基因组序列已全部测基因组序列已全部测出出. . The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002 Sydney Brenner H. Robert Horvitz John E. Sulston 1.1. 成虫长度仅为成虫长度仅为2mm2mm，易于繁殖；，易于繁殖；2. 2. 产卵力强，产

13、出的卵子大，易于观察；产卵力强，产出的卵子大，易于观察；3. 3. 幼虫存在变态过程，是分析器官芽细胞幼虫存在变态过程，是分析器官芽细胞增殖机制的理想模型；增殖机制的理想模型；4. 4. 生命周期短，实验室条件下，生命周期短，实验室条件下，1212天就可天就可完成一次世代交替；完成一次世代交替；5. 5. 基因组序列已全部测出基因组序列已全部测出 6.6.具有成熟的遗传操作的方法，具备众多的具有成熟的遗传操作的方法，具备众多的突变品系突变品系; ;7.7.有特殊的染色体结构（多线染色体，可分有特殊的染色体结构（多线染色体，可分成成102102条区带）条区带）, ,有比较复杂的行为能力有比较复杂

14、的行为能力. .Nesslein-Volhard C（德国）、（德国）、Weichaus E和和Lewis E B（美国）学者分享（美国）学者分享了了1995年诺贝尔生理学和医学奖。年诺贝尔生理学和医学奖。1. 1. 成虫体长约成虫体长约7cm7cm，易饲养；，易饲养；2. 2. 卵母细胞体积大、直径约为卵母细胞体积大、直径约为1-2mm1-2mm，数量多，易于显微操作；数量多，易于显微操作；3. 3. 透明的卵壳可以采用手术或化学透明的卵壳可以采用手术或化学方法脱去，从胚胎中分裂的裂球在生方法脱去，从胚胎中分裂的裂球在生理盐水中就可继续发育。理盐水中就可继续发育。4. 4. 世代周期较长，一

15、般为世代周期较长，一般为1-21-2年（性年（性成熟）；成熟）；5. 5. 古老的四倍体物种古老的四倍体物种（X.X.tropicalistropicalis为二倍体品系），为二倍体品系），基基因操作较为困难因操作较为困难；1. 1. 个体小，成体长个体小，成体长3-4cm3-4cm，适合在实验，适合在实验室养殖；室养殖；2. 2. 每隔一周可产几百粒卵子。每隔一周可产几百粒卵子。3. 3. 体外受精，体外发育，胚胎发育同体外受精，体外发育，胚胎发育同步且速度快；步且速度快；4. 4. 胚胎透明，易于观察；胚胎透明，易于观察；5. 5. 繁殖周期短，孵出后约繁殖周期短，孵出后约3 3个月可达性

16、个月可达性成熟；成熟；6. 6. 易于进行人工突变，遗传操作方法易于进行人工突变，遗传操作方法成熟；基因组序列已全部测出。成熟；基因组序列已全部测出。属于鸟纲，鸡形目，雉科、原鸡属属于鸟纲，鸡形目，雉科、原鸡属1. 1. 最小的哺乳动物之一最小的哺乳动物之一 (25-40g)(25-40g)，世代，世代周期短；周期短；2. 2. 进化上与人类接近进化上与人类接近 (60 - 75 (60 - 75 百万年百万年) )；3. 3. 胎盘形成和早期胚胎发育与人类相近；胎盘形成和早期胚胎发育与人类相近；4. 4. 组织器官结构和细胞功能与人类相似，组织器官结构和细胞功能与人类相似，有高级神经活动有高

17、级神经活动; ;5. 5. 基因组测序计划已完成基因组测序计划已完成, ,人类人类99%99%基因存基因存在于小鼠，基因同源性高达在于小鼠，基因同源性高达78.5% ,78.5% ,基因组基因组93%93%区域基因排列顺序与人类相同；区域基因排列顺序与人类相同；6. 6. 基因组改造的技术手段成熟；基因组改造的技术手段成熟；Mario R. Capecchi(b. 1937); B.S. 1961, Antioch College; Ph.D. 1967, Harvard University. 2007获诺贝尔医学或生理学奖。动物胚胎发育的研究内容动物胚胎发育的研究内容（1）生殖细胞的发育生

18、殖质、配子形成及其基因）生殖细胞的发育生殖质、配子形成及其基因表达、卵子成熟调控等；表达、卵子成熟调控等；（2）受精精子变化、精卵结合、精子入卵后的卵）受精精子变化、精卵结合、精子入卵后的卵子变化、合子的基因表达和细胞分化（干细胞、细胞子变化、合子的基因表达和细胞分化（干细胞、细胞调亡分化决等；调亡分化决等；（3）卵裂卵裂方式、基因表达、中期囊胚转换等；）卵裂卵裂方式、基因表达、中期囊胚转换等；（4）三胚层分化发育与进化和器官发生细胞分化）三胚层分化发育与进化和器官发生细胞分化和器官原基的形成、胚体雏形的建立、器官原基的继和器官原基的形成、胚体雏形的建立、器官原基的继续发育及其基因调控；续发育

19、及其基因调控；（5）着床囊胚和子宫的相互作用、胚胎植入子宫）着床囊胚和子宫的相互作用、胚胎植入子宫内膜及其机制；内膜及其机制；（6）分化的机理内外因素如何指导胚胎细胞差异）分化的机理内外因素如何指导胚胎细胞差异的基因表达；基因表达；（7）胚胎干细胞干细胞的分离培养、动物克隆、）胚胎干细胞干细胞的分离培养、动物克隆、组织器官的培养等；组织器官的培养等；（8）胚胎工程）胚胎工程Sean Carroll at Wisconsin 其它。其它。有趣的有趣的 often quite interesting and sometimes even fascinating令人好奇的令人好奇的curiousan

20、d sometimes mysteriousJordt SE, Julius D (2002).Molecular basis for species-specific sensitivity to hot chili peppers.Cell 108:421-30The Chicken VR1 Ortholog Responds to Noxious Heat or Protons, but Not to Capsaicin Why birds dont sense peppers but we do?Di Palma, F., Belyantseva, I.A., Kim, H.J., V

21、ogt, T.F., Kachar, B., and Noben-Trauth, K. (2002). Mutations in Mcoln3 associated with deafness and pigmentation defects in varitint-waddler (Va) mice.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 14613-14615 Deafness in spontaneously occurring mouse mutants positional cloning: Mcoln3 as the gene mutated in varit

22、int-waddler Mcoln3 encodes a TRP member. How Close Are We to Understand Human Hearing Now?Schaal B*, Coureaud G*, Langlois D, Ginies C, Semon E & Perrier G* Centre Europen des Sciences du Got, CNRS (fre 2328), 21000 Dijon, France Unit Mixte de Recherche sur les Armes, Inra, 21000 Dijon, France t

23、ablissement National dEnseignement Suprieur Agricole, 21000 Dijon, France These authors contributed equally to this workChemical and behavioural characterization of the rabbit mammary pheromone Nature 424, 68 - 72 (03 Jul 2003) Sequence (duration 5 s) of a 2-day-old pups searchinggrasping response d

24、irected to the glass funnel of the GC sniff-port. 昼夜节律与生育机制存在关联昼夜节律与生育机制存在关联 在哺乳动物中，中年雌性动物开始进入绝经期的这个过渡期，动情周期开始变得越来越不规律。而一项发表在Cell Report上面的文章指出，他们可以通过控制小鼠所处环境中的明-暗变化，来控制中年雌性小鼠的动情周期。他们指出，通过调节周期性的光线变化（即光照周期），既可以改善小鼠的这种动情周期，也可以导致动情周期更加紊乱。 ScienceDaily:Altering daily light-dark cycles affects fertility

25、in middle-aged female miceScience Media Center: expert reaction to new research in mice on fertility and light-dark cycle发育生物学应用技术举例发育生物学应用技术举例1 1 实验胚胎技术实验胚胎技术 细胞标记技术细胞标记技术 细胞移植技术细胞移植技术 胚胎嵌合切割技术胚胎嵌合切割技术2 2 鉴定发育相关基因技术鉴定发育相关基因技术 基因诱变基因诱变 反转录病毒插入反转录病毒插入 利用同源性克隆基因利用同源性克隆基因 基因芯片基因芯片/ /核酸杂交法核酸杂交法 酵母双杂交酵母双

26、杂交3 3 基因表达检测技术基因表达检测技术n mRNA 、蛋白质检查、蛋白质检查n 启动子活性表达启动子活性表达n 报告基因指示报告基因指示4 4 基因对发育影响的功能研究基因对发育影响的功能研究n 基因敲除、转基因基因敲除、转基因n RNA干扰干扰n 异位、异时、过量表达异位、异时、过量表达第三节第三节 动物胚胎发育研究动物胚胎发育研究的应用前景的应用前景一、在农业上的应用一、在农业上的应用1. 野生动物保护野生动物保护 死亡动物生殖细胞的利用；单精受精；猛犸象死亡动物生殖细胞的利用；单精受精；猛犸象复原复原;2. 家畜改良和新品种培育家畜改良和新品种培育胚胎工程胚胎工程胚胎移植基本程序胚

27、胎移植基本程序我国首次完成的成年体细胞克隆猪我国首次完成的成年体细胞克隆猪（北京农业大学，李宁）（北京农业大学，李宁）我国首次完成的成年体细胞克我国首次完成的成年体细胞克隆牛群体隆牛群体（引自（引自Chen DY等，等，2003）C.L.MarkertC.L.Markert和和R.M.PettersR.M.Petters（19781978）利用白、黑和黄色鼠获得）利用白、黑和黄色鼠获得三色被毛嵌合体；三色被毛嵌合体；K.IllmenseeK.Illmensee（19751975）利用畸）利用畸胎瘤细胞成功获得嵌合体小鼠。胎瘤细胞成功获得嵌合体小鼠。此项技术以后发展为利用此项技术以后发展为利用ESES制作制作嵌合体。嵌合体。二、在医学上的应用二、在医学上的应用1.1.生产人用珍贵药品生产人用珍贵药品2.2.体外受精和试管婴儿体外受精和试管婴儿3.3.治疗癌症治疗癌