A第7章细胞的自主特化

1、第七章第七章 细胞的自主特化细胞的自主特化:形态发生决定子形态发生决定子动物有机体是由分化的细胞组成的。分化细胞不仅形态各异，动物有机体是由分化的细胞组成的。分化细胞不仅形态各异，而且功能各异，它们都有自己特异的蛋白质产物而且功能各异，它们都有自己特异的蛋白质产物(p123, 表表6.1)。第一节第一节 细胞定型和分化细胞定型和分化从单个受精卵产生各种类型细胞的发育过程称为从单个受精卵产生各种类型细胞的发育过程称为细胞分化细胞分化(cell differentiation)。在细胞分化之前发生一些隐蔽的变化，使细胞在细胞分化之前发生一些隐蔽的变化，使细胞向特定方向发育，这一过程称为向特定方向发

2、育，这一过程称为定型定型(commitment)，经典胚胎经典胚胎学称为学称为决定决定(determination)。已定型细胞与未定型细胞间表型上已定型细胞与未定型细胞间表型上无任何不同，只是前者发育受到严格限制。在发育过程中定无任何不同，只是前者发育受到严格限制。在发育过程中定型和分化是两个相互关联的过程，细胞定型后分化的方向不型和分化是两个相互关联的过程，细胞定型后分化的方向不可逆转。可逆转。 细胞定型有两种方式：细胞定型有两种方式：通过通过胞质隔离胞质隔离(cytoplasmic segrega-tion)实现。卵裂时受精卵内特实现。卵裂时受精卵内特定的细胞质分离到特定的卵裂球中，决定

3、它发育为那种类型定的细胞质分离到特定的卵裂球中，决定它发育为那种类型细胞，细胞决定与临近细胞无关。细胞命运的这种决定方式细胞，细胞决定与临近细胞无关。细胞命运的这种决定方式称为称为自主特化自主特化(autonomous specification)，其胚胎发育模式称为其胚胎发育模式称为镶镶嵌型发育嵌型发育(mosac development)，也称也称自主型发育自主型发育。通过通过胚胎诱导胚胎诱导实现。相邻细胞或组织间相互作用实现。相邻细胞或组织间相互作用, 决定一方或决定一方或双方的发育命运。这种定型方式称为双方的发育命运。这种定型方式称为条件特化条件特化(conditional)或或渐渐进

4、特化进特化(progresive)或或依赖性特化依赖性特化(dependent), 其发育模式为其发育模式为调整调整型发育型发育(regulative development)。 第二节第二节 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(morphogenetic determinant)也称也称胞质决定子胞质决定子或成形或成形素素(morphogen)。其概念源于对细胞谱系研究。发现水蛭和海鞘胚胎发育中一些其概念源于对细胞谱系研究。发现水蛭和海鞘胚胎发育中一些特定组织由特定卵裂球发育而成，它们含有卵子一定区域细特定组织由特定卵裂球发育而成，它们含有卵子一定区域细胞质，卵裂球都自

5、主发育，其发育为镶嵌型发育。当代研究胞质，卵裂球都自主发育，其发育为镶嵌型发育。当代研究发现，海鞘胚胎确实类似于依据卵内储存信息进行自我分化发现，海鞘胚胎确实类似于依据卵内储存信息进行自我分化的镶嵌体。的镶嵌体。柄海鞘受精卵柄海鞘受精卵的细胞质根据所含色素不的细胞质根据所含色素不同分为同分为4个区域个区域(下图下图): 动物极透明细动物极透明细胞质胞质，植物极近赤道面两个相对排，植物极近赤道面两个相对排列的新月区，列的新月区， 一个浅灰色的一个浅灰色的灰色新灰色新月区月区(gray crescent)和一个黄色的和一个黄色的黄色新黄色新月区月区(yellow crescent)，最后为含卵黄的

6、最后为含卵黄的植物极其余部分称植物极其余部分称灰色卵黄区灰色卵黄区。受精后卵裂形成的卵裂球可根据所含细受精后卵裂形成的卵裂球可根据所含细胞质的色素追踪，含胞质的色素追踪，含黄色新月区细黄色新月区细胞形成肌细胞胞形成肌细胞; 灰色新月区细胞形成灰色新月区细胞形成脊索和神经管脊索和神经管; 动物极透明区细胞形动物极透明区细胞形成表皮成表皮; 灰色卵黄区细胞形成消化道灰色卵黄区细胞形成消化道.认为不同细胞接受不同区域细胞质认为不同细胞接受不同区域细胞质, 其其内含不同的形态发生决定子内含不同的形态发生决定子,能够使能够使细胞朝一定方向分化。细胞朝一定方向分化。 海鞘第一次卵裂面和幼虫身体左右对称面相

7、吻合，此后两边卵海鞘第一次卵裂面和幼虫身体左右对称面相吻合，此后两边卵裂球的发育完全相同裂球的发育完全相同.实验研究发现，如将海鞘实验研究发现，如将海鞘8-细胞胚胎的卵裂球分成细胞胚胎的卵裂球分成4对对(左右两左右两卵裂球是相等的卵裂球是相等的)，发育过程如卵子命运决定图谱与预期一样，发育过程如卵子命运决定图谱与预期一样，植物极后面一对卵裂球植物极后面一对卵裂球(b4.1)形成内胚层、间质和肌肉形成内胚层、间质和肌肉(下右图下右图)。可见海鞘卵裂球命运在可见海鞘卵裂球命运在8-细胞期已经决定，分离的卵裂球可细胞期已经决定，分离的卵裂球可以自我分化以自我分化.但但神经系统的发育例外，神经系统的发

8、育例外，神经细胞是由动物极前面一对卵裂球神经细胞是由动物极前面一对卵裂球(a4.2)和植物极前面一对卵裂球和植物极前面一对卵裂球(a4.1)产生产生。当这两对卵裂球。当这两对卵裂球分离后单独培养均不生产神经组织，当二者配合后可形成脑分离后单独培养均不生产神经组织，当二者配合后可形成脑和触须和触须(palp)。可见在海鞘这样镶嵌型发育的胚胎中也存在。可见在海鞘这样镶嵌型发育的胚胎中也存在卵裂球之间相互作用决定发育命运的渐进决定作用卵裂球之间相互作用决定发育命运的渐进决定作用.海鞘胚胎的镶嵌型决定作用海鞘胚胎的镶嵌型决定作用8-细胞期细胞期4对裂球分开后，每对裂球对裂球分开后，每对裂球都形成独特的

9、结构都形成独特的结构用玻璃针反复挤压海鞘用玻璃针反复挤压海鞘b4.1卵裂球使原分卵裂球使原分裂沟退化裂沟退化,在靠近植在靠近植物极区形成新卵裂物极区形成新卵裂沟沟, 沿此将卵裂球分沿此将卵裂球分开部分黄色新月胞开部分黄色新月胞质进入质进入b4.2，它也，它也形成肌肉形成肌肉.童第周核童第周核移植实验也证明如移植实验也证明如此此 第三节第三节 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布形态发生决定子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精时发生运，受精时发生运动，被分隔到一定区域，卵裂时分配到特定卵裂球决定其动，被分隔到一定区域，卵裂时分配到特定卵裂球决定其发育命运。这一现象称为发育命运。

10、这一现象称为胞质定域胞质定域(cytoplasmic localization)。一一. 海鞘海鞘1. 肌质和肌细胞的特化肌质和肌细胞的特化whittacker(1973)首先用组织化学方法检测了海鞘胚胎中首先用组织化学方法检测了海鞘胚胎中乙酰胆碱乙酰胆碱酶酶(ache)的发育情况，证明海鞘胚胎的胞质定域。发现的发育情况，证明海鞘胚胎的胞质定域。发现ache只存在于海鞘幼虫肌肉组织中。根据海鞘胚胎细胞谱系只存在于海鞘幼虫肌肉组织中。根据海鞘胚胎细胞谱系(图图6.4), 8-细胞期只有植物极后面一对卵裂球细胞期只有植物极后面一对卵裂球b4.1形成肌肉形成肌肉，分离后单，分离后单独培养也是如此，而

11、且独培养也是如此，而且ache染色呈阳性染色呈阳性(左图左图)。后来证明后来证明a4.1卵裂球在完整胚胎中也能形成肌肉卵裂球在完整胚胎中也能形成肌肉，它是由于诱导作用形成的，它是由于诱导作用形成的。当用细胞松弛素当用细胞松弛素b处理不同时期海鞘胚胎抑制胞质分裂再进行处理不同时期海鞘胚胎抑制胞质分裂再进行ache活性检测时发现活性检测时发现，所得结果与细胞谱系分析吻合所得结果与细胞谱系分析吻合(右图右图) 2. 内胚层、表皮和前后轴的决定内胚层、表皮和前后轴的决定实验证明，内胚层特异的实验证明，内胚层特异的碱性磷酸酶碱性磷酸酶只在预定形成消化道的细只在预定形成消化道的细胞中产生。后来利用细胞和细

12、胞或细胞和细胞碎片融合的实胞中产生。后来利用细胞和细胞或细胞和细胞碎片融合的实验追踪决定内胚层和表皮细胞发育命运的形态发生决定子验追踪决定内胚层和表皮细胞发育命运的形态发生决定子(下下图图): 当一个细胞谱系的细胞或细胞碎片与另一个细胞谱系的当一个细胞谱系的细胞或细胞碎片与另一个细胞谱系的细胞融合后用生化标记或抗体标记检测很容易发现融合细胞细胞融合后用生化标记或抗体标记检测很容易发现融合细胞是否新的发育命运是否新的发育命运.结果表明，结果表明，表皮决定子表皮决定子在受精过程中迁移到卵子的动物极顶部在受精过程中迁移到卵子的动物极顶部区区(apical region)，卵裂时卵裂时进入动物极卵裂球

13、中进入动物极卵裂球中，即，即8-细胞期胚细胞期胚胎的胎的a4.2和和b4.2两卵裂球中两卵裂球中；而而内胚层决定子内胚层决定子在受精过程中在受精过程中迁移到卵子植物极半球，卵裂期进入植物极卵裂球中。迁移到卵子植物极半球，卵裂期进入植物极卵裂球中。伴随受精时卵子细胞质运动，海鞘胚胎的前后轴也被决定下来。伴随受精时卵子细胞质运动，海鞘胚胎的前后轴也被决定下来。在受精过程卵质运动完成后，在受精过程卵质运动完成后，除去受精卵植物极后端大约除去受精卵植物极后端大约10%的细胞质的细胞质(pvc)，则大多数胚胎缺少前后轴，发育成只具，则大多数胚胎缺少前后轴，发育成只具有前端的辐射对称幼虫有前端的辐射对称幼

14、虫。如果。如果将一个胚胎的将一个胚胎的pvc移植到另一移植到另一个切除个切除pvc胚胎的前端，结果前端发育为新的后端，后端发胚胎的前端，结果前端发育为新的后端，后端发育为前端育为前端。海鞘肌肉、内胚层和表皮三种海鞘肌肉、内胚层和表皮三种组织胞质决定子的运动比较组织胞质决定子的运动比较图仅代表卵子表面观图仅代表卵子表面观 二二. 软体动物软体动物wilson(1904)将将帽贝帽贝早期卵裂球分离培养发现，其发育命运、分早期卵裂球分离培养发现，其发育命运、分裂速度和分裂方式都和完整胚胎内的相同卵裂球一样裂速度和分裂方式都和完整胚胎内的相同卵裂球一样(下图下图)。这这是由特定的形态发生决定子为基础的

15、是由特定的形态发生决定子为基础的。帽贝成纤毛细胞的分化帽贝成纤毛细胞的分化a.a.帽贝正常胚胎帽贝正常胚胎中成纤毛细胞的分中成纤毛细胞的分化化 a.16-a.16-细胞期侧面观细胞期侧面观. .预定成纤毛预定成纤毛细胞以深色表示细胞以深色表示. b.48-. b.48-细胞期细胞期. c. c.纤毛幼虫期动物极观纤毛幼虫期动物极观. .纤毛位于成纤纤毛位于成纤毛细胞上毛细胞上. .b.b.分离培养的帽贝成纤毛细胞分离培养的帽贝成纤毛细胞的分的分化化. a. a.分离的成纤毛细胞分离的成纤毛细胞. b,c. . b,c. 培培养过程中第养过程中第1 1和第和第2 2次卵裂次卵裂. d. d.纤毛

16、纤毛形成形成. . 即使分离后单独培养即使分离后单独培养, ,成纤毛成纤毛细胞同样在正常时间形成纤毛细胞同样在正常时间形成纤毛软体动物胚胎在第一次卵裂前植物极部分胞质向下突起，形软体动物胚胎在第一次卵裂前植物极部分胞质向下突起，形成成极叶极叶(polar lobe)。第一次卵裂形成第一次卵裂形成ab和和cd两个卵裂球，两个卵裂球，极叶与极叶与cd以细柄相连。极叶约占卵子总体积的以细柄相连。极叶约占卵子总体积的1/3, 因此看因此看起来象一个卵裂球起来象一个卵裂球, 胚胎外形象三叶状胚胎外形象三叶状, 称为称为三叶期三叶期(trefoil stage)。第一次卵裂完成后，极叶消失并入第一次卵裂完

17、成后，极叶消失并入cd卵裂球。第二卵裂球。第二次卵裂时极叶再次出现，卵裂完成后仅与次卵裂时极叶再次出现，卵裂完成后仅与d卵裂球相连，卵裂球相连，后并入后并入d卵裂球。此后极叶出现就不明显了。卵裂球。此后极叶出现就不明显了。极叶突出和缩回各发生两次极叶突出和缩回各发生两次切除实验证明，切除实验证明，三叶期除去极叶不能形成正常的担轮幼虫，三叶期除去极叶不能形成正常的担轮幼虫，形成缺少中胚层的幼虫；形成缺少中胚层的幼虫；4-细胞期切除细胞期切除d卵裂球也形成缺卵裂球也形成缺少中胚层的幼虫少中胚层的幼虫。证明极叶含有中胚层形成决定子证明极叶含有中胚层形成决定子。壳腺是中胚层细胞诱导外胚层细胞形成的壳腺

18、是中胚层细胞诱导外胚层细胞形成的，除去极叶没有中胚除去极叶没有中胚层形成，也就没有诱导者诱导外胚层形成壳腺。层形成，也就没有诱导者诱导外胚层形成壳腺。 极叶中形态发生决定子可能位于卵子皮层或细胞骨架中极叶中形态发生决定子可能位于卵子皮层或细胞骨架中, 而不而不在可扩散的细胞质中在可扩散的细胞质中。将螺将螺(ilyanassa obsoleto)三叶期胚胎离心使极叶中可扩散细胞质三叶期胚胎离心使极叶中可扩散细胞质流入流入cd卵裂球中卵裂球中, 再切除极叶再切除极叶, 发育的胚胎仍缺少中胚层发育的胚胎仍缺少中胚层结构结构; 将极叶细胞质吸出，其它部位的细胞质流入极叶将极叶细胞质吸出，其它部位的细胞

19、质流入极叶, 发发育的胚胎正常育的胚胎正常; 将极叶细胞质加入将极叶细胞质加入b卵裂球中卵裂球中, b卵裂球并不卵裂球并不产生中胚层结构。因此可扩散细胞质不含形态发生决定子。产生中胚层结构。因此可扩散细胞质不含形态发生决定子。因此，因此，形态发生决定子可能位于卵子皮层或细胞骨架中形态发生决定子可能位于卵子皮层或细胞骨架中.由于极叶细胞质的进入，由于极叶细胞质的进入，d 卵裂球比其它卵裂球比其它3个卵裂球都大，故称个卵裂球都大，故称其为其为大卵裂球大卵裂球(macromere)。d 分裂产生分裂产生1d 和和1d，1d 分裂产生分裂产生2d 和和2d，2d 分裂产生分裂产生3d和和3d，3d 分

20、裂产生分裂产生4d 和和4d。当除。当除去去d 或或1d 或或2d 卵裂球时卵裂球时,发育的胚胎缺少心脏、消化道、面发育的胚胎缺少心脏、消化道、面盘、壳腺、眼和足。除去盘、壳腺、眼和足。除去3d，胚胎只缺少心脏和消化道。可，胚胎只缺少心脏和消化道。可见见原先存在于原先存在于d 卵裂球中的某些形态发生决定子分配到卵裂球中的某些形态发生决定子分配到3d卵卵裂球中裂球中。只除去。只除去4d 对胚胎发育没有质的影响。对胚胎发育没有质的影响。但除去但除去4d, 则胚胎缺少心脏和则胚胎缺少心脏和消化道。因此消化道。因此形成心脏和消化道形成心脏和消化道的决定子已分配到的决定子已分配到4d卵裂球中卵裂球中。4

21、d下一次卵裂时产生两个成中下一次卵裂时产生两个成中胚层细胞，它们将来形成中胚层胚层细胞，它们将来形成中胚层的心脏和内胚层的消化道。的心脏和内胚层的消化道。 三三. 线虫线虫1. 生殖细胞的特化生殖细胞的特化卵子细胞质中存在区域分布的形态发生决定子，这在整个动物卵子细胞质中存在区域分布的形态发生决定子，这在整个动物界是普遍现象，最常见的决定子是生殖细胞决定子。界是普遍现象，最常见的决定子是生殖细胞决定子。boveri第一个对胚胎发育中染色体变化进行了观察，发现副蛔第一个对胚胎发育中染色体变化进行了观察，发现副蛔虫单倍体生殖细胞只有虫单倍体生殖细胞只有2条染色体，第一次卵裂为纬裂形成条染色体，第一

22、次卵裂为纬裂形成动物极和植物极两个卵裂球；在第二次卵裂前动物极卵裂球动物极和植物极两个卵裂球；在第二次卵裂前动物极卵裂球染色体两端裂解成数十个小片段，散布细胞质中，不再加入染色体两端裂解成数十个小片段，散布细胞质中，不再加入新形成的细胞核内，因而失去很多基因，这一现象称为新形成的细胞核内，因而失去很多基因，这一现象称为染色染色体消减体消减(chromosome diminution)。植物极卵裂球仍保持正常数目植物极卵裂球仍保持正常数目染色体。染色体。 第二次卵裂，动物极经裂，植物极纬裂，在下一次卵裂前靠近第二次卵裂，动物极经裂，植物极纬裂，在下一次卵裂前靠近动物极的卵裂球染色体消减，因此动物

23、极的卵裂球染色体消减，因此4-细胞期胚胎只有细胞期胚胎只有1个卵裂个卵裂球含有正常数目染色体球含有正常数目染色体。此后每次卵裂有一个卵裂球发生染此后每次卵裂有一个卵裂球发生染色体消减色体消减，16-细胞期只有细胞期只有2个卵裂球含全数染色体，最终个卵裂球含全数染色体，最终只只有有1个卵裂球含全数染色体形成生殖细胞个卵裂球含全数染色体形成生殖细胞，其它形成体细胞其它形成体细胞。当将副蛔虫受精卵卵裂前离心使纺锤体旋转当将副蛔虫受精卵卵裂前离心使纺锤体旋转90，卵裂由纬裂，卵裂由纬裂变成经裂形成的两个卵裂球内均不发生染色体消减，下一次变成经裂形成的两个卵裂球内均不发生染色体消减，下一次纬裂产生的两个

24、动物极细胞均发生消减，植物极均不。说明纬裂产生的两个动物极细胞均发生消减，植物极均不。说明植物极含有某些物质保护卵裂球染色体不消减，植物极含有某些物质保护卵裂球染色体不消减，这些物质决这些物质决定生殖细胞形成，称为定生殖细胞形成，称为生殖质生殖质(germ plasm).副蛔虫正常受精卵副蛔虫正常受精卵(a)和经和经离心处理的受精卵离心处理的受精卵(b)分分裂时生殖质的分布裂时生殖质的分布a.正常情况下生殖质保留在正常情况下生殖质保留在最靠植物极的裂球中最靠植物极的裂球中，该裂球保留全数染色体，该裂球保留全数染色体，成为生殖干细胞成为生殖干细胞b.离心使第一次卵裂面旋转离心使第一次卵裂面旋转9

25、0，由此形成的两裂隙，由此形成的两裂隙球全保留有生殖质。两球全保留有生殖质。两个裂隙球中的染色体都个裂隙球中的染色体都必须不发生消减。经两必须不发生消减。经两次卵裂后，植物极两个次卵裂后，植物极两个裂球成为生殖干细胞裂球成为生殖干细胞2. 咽部原始细胞命运的决定咽部原始细胞命运的决定第一次卵裂产生第一次卵裂产生p和和ab卵裂球，后端卵裂球，后端p卵裂产生卵裂产生ems和和p2卵裂卵裂球，球，只有只有ems分离后能产生咽部肌肉分离后能产生咽部肌肉。而。而ems分裂后产生分裂后产生ms和和e两个卵裂球，两个卵裂球，只有只有ms具有形成咽部组织的潜能具有形成咽部组织的潜能。秀丽线虫胚胎中发现秀丽线虫

26、胚胎中发现skn-1蛋白质可能是一种蛋白质可能是一种“转录因子转录因子”样样形态发生决定子形态发生决定子，它是一种母源性多肽，它是一种母源性多肽,控制形成咽后部的控制形成咽后部的ems卵裂球命运。卵裂球命运。表明母源性因子分离到特定卵裂球中自主决定形成咽部细胞的表明母源性因子分离到特定卵裂球中自主决定形成咽部细胞的命运。命运。其突变体其突变体(skn_1)胚胎既不能由胚胎既不能由ems产生咽，也不能产产生咽，也不能产生肠。生肠。 skn-1在细胞质中处于无活性状态在细胞质中处于无活性状态。第一次卵裂后它大部分进。第一次卵裂后它大部分进入入p1细胞核，少量进入细胞核，少量进入ab； 第二次卵裂，

27、第二次卵裂，p1产生产生ems和和p2 细胞核均含细胞核均含skn-1。它可能是一种形态发生决定子，它能激。它可能是一种形态发生决定子，它能激活所在卵裂球中某些特定基因，并决定它们的发育命运。但活所在卵裂球中某些特定基因，并决定它们的发育命运。但还需要另外一些因子将还需要另外一些因子将skn-1功能限制于功能限制于ems卵裂球中，同卵裂球中，同时阻止它们在时阻止它们在p2卵裂球中发生作用。卵裂球中发生作用。 把把skn-1功能限制于功能限制于4-细胞期细胞期ems卵裂球是通过卵裂球是通过pie-1 (pharyngeal and imtestinal excess)和和mex-1(muscle

28、 excess)基因活动实基因活动实现的现的。二者均能调节。二者均能调节skn-1的活动。的活动。pie-1和和mex-1基因突变将基因突变将改变秀丽线虫改变秀丽线虫8-细胞期胚胎中细胞决定作用，产生一些额外细胞期胚胎中细胞决定作用，产生一些额外的卵裂球形成的卵裂球形成ms细胞。细胞。在在pie-1缺陷型母体胚胎中，缺陷型母体胚胎中，p3和和c姊妹卵裂球分别转变成姊妹卵裂球分别转变成e和和ms卵裂球卵裂球；在在mex-1缺陷型母体胚胎中，缺陷型母体胚胎中，ab卵裂球产生的卵裂球产生的子细胞均形成子细胞均形成ms卵裂球卵裂球；在来自同时缺少；在来自同时缺少pie-1和和mex-1产物产物母体胚胎

29、中，其前端母体胚胎中，其前端6个细胞为个细胞为ms卵裂球卵裂球, 后端后端2个细胞为个细胞为e卵裂球。卵裂球。可见蛋白质可见蛋白质pie-1和和mex-1可以各自单独发生作用可以各自单独发生作用: mex-1在在第一次卵裂时使第一次卵裂时使skn-1不对称地分配到不对称地分配到p1卵裂球中；而卵裂球中；而pie-1在第二次卵裂时使在第二次卵裂时使skn-1不对称地分配到不对称地分配到ems卵裂球卵裂球(图图).无论怎样无论怎样野生型基因野生型基因skn-1都是额外的都是额外的ms卵卵裂球形成所必须的裂球形成所必须的;缺乏缺乏skn-1的胚胎不能形成咽的胚胎不能形成咽.这样这样mex-1, pi

30、e-1和和skn-1的激活联系在一的激活联系在一起起。pie-1也起促进作也起促进作用保持生殖细胞全能性。用保持生殖细胞全能性。野生型和突变型胚胎中野生型和突变型胚胎中ms细胞决定模型细胞决定模型 四四. 昆虫昆虫1. 极质和生殖细胞的分化极质和生殖细胞的分化昆虫卵含有的生殖质能保护生殖细胞染色体免于消减昆虫卵含有的生殖质能保护生殖细胞染色体免于消减.蠓蠓在胚胎卵裂时多数细胞的染色体由原来在胚胎卵裂时多数细胞的染色体由原来40条失去条失去32条条, 只有只有位于卵后端的两个细胞核染色体不消减，并保留一段时间不位于卵后端的两个细胞核染色体不消减，并保留一段时间不分裂，最终这两个细胞核形成生殖细胞

31、的核分裂，最终这两个细胞核形成生殖细胞的核.当用当用结扎方法阻止细胞核迁入卵子后端细胞质时，所有细胞核结扎方法阻止细胞核迁入卵子后端细胞质时，所有细胞核染色体都经历消减，发育成的蠓是不育的染色体都经历消减，发育成的蠓是不育的，缺少生殖细胞。，缺少生殖细胞。当结扎松开让发生染色体消减的细胞核进入卵子后端细胞质，当结扎松开让发生染色体消减的细胞核进入卵子后端细胞质，发育的蠓具有生殖细胞，但不能分化成有功能的精子和卵子。发育的蠓具有生殖细胞，但不能分化成有功能的精子和卵子。证明证明:消减的染色质中含有在生殖细胞形成过程中处于活跃状消减的染色质中含有在生殖细胞形成过程中处于活跃状态的基因态的基因.有研

32、究发现在极细胞有研究发现在极细胞(polar cell)形成前除去或破坏蜜蜂卵子的形成前除去或破坏蜜蜂卵子的极质极质 (polar plasm)，即卵子后端的即卵子后端的生殖质生殖质，发育的蜜蜂缺乏生殖细胞，发育的蜜蜂缺乏生殖细胞，不能繁殖。在蜜蜂卵子极质中含有不能繁殖。在蜜蜂卵子极质中含有极粒极粒(polar granule)，虽然其虽然其功能尚不清楚，但它总与极质以后形成生殖细胞联系在一起，功能尚不清楚，但它总与极质以后形成生殖细胞联系在一起，成为辨认极质和生殖细胞的标记。成为辨认极质和生殖细胞的标记。蠓胚胎中的蠓胚胎中的染色体消减染色体消减极粒在胚胎发育过程中不断变化极粒在胚胎发育过程中

33、不断变化：受精前致密的膜状极粒聚集受精前致密的膜状极粒聚集在线在线粒体周围粒体周围，当胚胎细胞核迁移到，当胚胎细胞核迁移到极区前，极粒分散开来，极区前，极粒分散开来，最终并最终并入极细胞中入极细胞中。当极细胞向。当极细胞向生殖嵴生殖嵴(germinal ridge)内迁移时，极粒进内迁移时，极粒进一步分散成被称为一步分散成被称为朦胧子朦胧子(nuage)的细丝，聚集于核膜周围。的细丝，聚集于核膜周围。极粒这种极粒这种 变化很可能普遍存在变化很可能普遍存在,并在并在配子发生中起重要作用配子发生中起重要作用.右图示右图示将极质从未被辐射的供主移将极质从未被辐射的供主移植到被辐射的受体，可挽救辐射植

34、到被辐射的受体，可挽救辐射诱导的不育诱导的不育.l图由左至右：图由左至右：l1正常胚胎具有卵裂球和极细胞正常胚胎具有卵裂球和极细胞l2卵裂早期被辐射胚胎具有卵裂卵裂早期被辐射胚胎具有卵裂球但无极细胞球但无极细胞; l3 注入极质的被辐射胚胎注入极质的被辐射胚胎. 2. 果蝇晚期发育中细胞不对称分裂果蝇晚期发育中细胞不对称分裂果蝇神经系统的研究表明，果蝇神经系统的研究表明，形态发生决定子可能在胚胎发育晚形态发生决定子可能在胚胎发育晚期发生分离期发生分离。果蝇幼虫神经系统形成时神经干细胞果蝇幼虫神经系统形成时神经干细胞(成神经成神经细胞细胞)分裂产生两个性质截然不同的子细胞分裂产生两个性质截然不同

35、的子细胞: 一个一个成神经细胞成神经细胞(干细胞干细胞); 另一个成为另一个成为神经节母细胞神经节母细胞(ganglion mother cell)。后后者分裂产生的细胞预定分化为神经元者分裂产生的细胞预定分化为神经元。神经节母细胞神经节母细胞含有一些含有一些特异的蛋白质特异的蛋白质，如，如膜蛋白膜蛋白numb和转录和转录因子因子prospero, 它们它们决定了神经元的发育命运决定了神经元的发育命运。虽然这些特。虽然这些特异性蛋白质分布于神经节母细胞，但它们并非在这些细胞异性蛋白质分布于神经节母细胞，但它们并非在这些细胞内合成的，它们是内合成的，它们是在成神经细胞中合成的在成神经细胞中合成的

36、。有研究发现，有研究发现，在成神经细在成神经细胞中合成的胞中合成的numb 和和prospero位于部分细胞膜位于部分细胞膜上上，当细胞完成分裂后，当细胞完成分裂后这些蛋白质都分隔到神这些蛋白质都分隔到神经节母细胞中经节母细胞中(右图右图)。这两种蛋白质具有一段共这两种蛋白质具有一段共同的氨基酸序列，它同的氨基酸序列，它可可能与成神经细胞分裂时能与成神经细胞分裂时的不对称分离有关的不对称分离有关，当，当这段共同的氨基酸序列这段共同的氨基酸序列被 剔 除 后 ，被 剔 除 后 ， n u m b 和和prospero将被随机地分配将被随机地分配到两个子细胞中到两个子细胞中. 五五. 两栖类生殖细

37、胞的特化两栖类生殖细胞的特化研究发现研究发现林蛙受精卵林蛙受精卵植物极皮层中含有染色特性植物极皮层中含有染色特性和果蝇极质类和果蝇极质类似的物质似的物质, 发育中它流入少数几个预定内胚层细胞发育中它流入少数几个预定内胚层细胞, 最后迁最后迁移到生殖嵴内移到生殖嵴内, 它们是它们是原始生殖细胞原始生殖细胞(下左图下左图)。如果将蛙神经胚中向生殖嵴迁移的含原始生殖细胞的内胚层切如果将蛙神经胚中向生殖嵴迁移的含原始生殖细胞的内胚层切下，移植到另一只蛙神经胚中下，移植到另一只蛙神经胚中(下右图下右图): 结果供主细胞核只有结果供主细胞核只有一个核仁，受体细胞核有两个核仁，一个核仁，受体细胞核有两个核仁

38、，结果表明结果表明:供主胚胎发育的成蛙不育供主胚胎发育的成蛙不育; 受体胚胎发育的成蛙不但正常繁殖，而且与正常蛙交配产生受体胚胎发育的成蛙不但正常繁殖，而且与正常蛙交配产生的后代既有细胞核含一个核仁的，也有含两个核仁的。的后代既有细胞核含一个核仁的，也有含两个核仁的。第四节第四节 形态发生决定子的性质形态发生决定子的性质形态发生决定子不但广泛存在于动物卵细胞质中，而且在细胞形态发生决定子不但广泛存在于动物卵细胞质中，而且在细胞分化中起决定性作用。分化中起决定性作用。它可能是一些特异性它可能是一些特异性蛋白质或蛋白质或mrna，它们它们可激活或抑制某些基因的表达可激活或抑制某些基因的表达, 从而

39、决定细胞的分化方从而决定细胞的分化方向向。一一. 海鞘的形态发生决定子海鞘的形态发生决定子研究发现研究发现海鞘胚胎可能含有两类形态发生决定子海鞘胚胎可能含有两类形态发生决定子: 可以激活可以激活某些基因转录的物质某些基因转录的物质; 可能是可能是mrna。因为直到原肠胚才能在因为直到原肠胚才能在b4.1卵裂球后裔细胞中检测到卵裂球后裔细胞中检测到ache的的mrna，所以它是新合成的；而且多数组织特异性结构形成，所以它是新合成的；而且多数组织特异性结构形成对转录抑制剂敏感。对转录抑制剂敏感。 另外，另外，可能形态发生决定子以可能形态发生决定子以mrna的形式存在于卵内一定区域的形式存在于卵内一

40、定区域，如内胚层特异的碱性磷酸酶，如内胚层特异的碱性磷酸酶，用抑制用抑制mrna合成的放线菌素合成的放线菌素d处理不影响它的合成处理不影响它的合成；而；而用抑制蛋白质合成的嘌呤霉素处理则用抑制蛋白质合成的嘌呤霉素处理则无碱性磷酸酶产生无碱性磷酸酶产生，因此碱性磷酸酶的，因此碱性磷酸酶的mrna存在于卵细胞质存在于卵细胞质中，在卵裂过程中它被分配到将来发育为内胚层的卵裂球中中，在卵裂过程中它被分配到将来发育为内胚层的卵裂球中.同样，同样，肌肉特异性肌动蛋白形成决定子也以肌肉特异性肌动蛋白形成决定子也以mrna的形式存在于的形式存在于海鞘卵子黄色新月细胞质的细胞骨架成分海鞘卵子黄色新月细胞质的细胞

41、骨架成分，分布在卵子皮层中，分布在卵子皮层中，受精后随黄色物质分隔到植物极，以后随卵裂进入预定形成肌受精后随黄色物质分隔到植物极，以后随卵裂进入预定形成肌肉的细胞中。肉的细胞中。 二二. 果蝇极质果蝇极质果蝇极质能够决定那些含有极质的细胞的命运果蝇极质能够决定那些含有极质的细胞的命运(下图下图): 如将野生型果蝇卵的如将野生型果蝇卵的极质极质移植到另一个遗传上具有标记移植到另一个遗传上具有标记的的突变体突变体果蝇胚胎的果蝇胚胎的前端前端，其细胞类似正常胚胎后部的生殖，其细胞类似正常胚胎后部的生殖细胞。然后将这些前端细胞移植到以不同细胞。然后将这些前端细胞移植到以不同突变体突变体为标记的受为标记的受体体后部后部， 它们的后代能迁移到它们的后代能迁移到生殖腺生殖腺，当将它们与未移植的，当将它们与未移植的突变体交配，产生的后代有些是野生型的，证明这些后代的突变体交配，产生的后代有些是野生型的，证明这些后代的生殖细胞来自非亲代的果蝇品系。生殖细胞来自非亲代的果蝇品系。果蝇极粒已分离出果蝇极粒已分离出, 它主要它主要由蛋由蛋白质和白质和mrna 组成组成。极质的主。极质的主要组分之一是要组分之一是gcl(germ cell-less)基因转录的基因转录的mrna。野生型。野生型gcl基因在果蝇卵巢的营养细胞中基因在果蝇卵巢的营养细胞中转录，转录的转录，转录的mrna通过环管通过