发育生物学第六章卵裂

受精卵经过一系列的细胞分裂将体积极大的卵细胞质分割成许多较小的、有核的细胞，形成一个多细胞生物体的过程称为卵裂（cleavage）。处于卵裂期的细胞叫做卵裂球（blastomere）。不同卵裂球之间已经开始产生差异，并最终发育成不同类型的细胞。1.卵裂概述当前1页，总共65页。蛙的早期卵裂。A第一次卵裂，B第二次卵裂，C第四次卵裂，动物极和植物极细胞出现差异。当前2页，总共65页。小鼠桑椹胚的压缩现象（compaction）

8细胞时期，小鼠细胞表面光滑，微绒毛均匀分布，压缩后微绒毛仅分布于细胞的外表面，细胞之间的联系加强了。当前3页，总共65页。小鼠胚胎卵裂过程中的极化现象。当前4页，总共65页。对大多数物种而言（尤其是无脊椎动物），细胞分裂的速度及卵裂球的相互位置主要是由母本储存在卵母细胞中的蛋白质和mRNA控制的。通过有丝分裂分配到各卵裂球中的合子基因组，在早期卵裂胚胎中并不起作用，即使用化学物质抑制转录，早期胚胎也能正常发育。当前5页，总共65页。线虫受精卵内的胞质决定子的不对称分布决定了卵裂的不对称性，不对称的卵裂将形成不同发育命运的分裂球。当前6页，总共65页。卵裂时，细胞质体积并没有增加，合子细胞质不断地被二等分分到越来越小的细胞中。细胞在两次分裂之间没有生长期，卵裂期细胞核以极高的速度分裂，直到原肠后期细胞分裂速度才显著放慢。当前7页，总共65页。蛙胚早期发育的卵裂速度当前8页，总共65页。在多数生物的胚胎中，核质比值的成倍增加是决定某些基因定时开始转录的因素。非洲爪蟾的胚胎，直到第12次卵裂，合子的基因组才开始转录（中期囊胚转换）。胚胎细胞中染色质含量愈高，这种转化（合子型基因的打开）发生愈早。如果核内染色质是正常情况的2倍，这种转化将提前一个周期发生。因此新合成的染色质能感受卵内一些因子的量的变化。当前9页，总共65页。在多数动物的发育过程中，受精卵立即进入快速分裂和细胞增殖的阶段，首先形成一个多细胞的团聚体，称为桑椹胚（morula）。之后，伴随细胞数目的增加，胚体中空而形成一个囊状结构，称为囊胚（blastula）。从受精卵到囊胚形成是动物早期发育的一个重要阶段。当前10页，总共65页。海胆细胞的卵裂平面是主要由星体（asters）而不是由纺锤体决定的。

当前11页，总共65页。中心体（centrosomes）行为的差异造成线虫不同的细胞具有不同的卵裂平面

当前12页，总共65页。细胞压缩决定囊胚腔的大小当前13页，总共65页。蛙卵囊胚腔的形成A，第一次卵裂平面形成的小裂隙以后扩大发育为囊胚腔；B，8细胞时期的囊胚腔。当前14页，总共65页。小鼠胚胎上胚层细胞的程序性死亡导致囊胚腔的形成。当前15页，总共65页。蛙囊胚腔内体液的积累与离子转运有关。随着囊胚腔内离浓度的增加，水分就通过渗透作用进入进入囊胚腔内。囊胚腔内液体的积累对囊胚腔壁造成一个向外的力压力，这种静水压是参与形成和维持囊胚为球形的一个重要作用力。当前16页，总共65页。2.卵裂的方式卵裂的方式是一个受遗传控制的过程，主要由两个因素决定：1.卵质中卵黄的含量及其在细胞质内的分布决定卵裂发生的部位及卵裂球的相对大小。2.卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子当前17页，总共65页。卵裂方式的分类当前18页，总共65页。一、完全卵裂1.辐射式卵裂的基本特征：1）每个卵裂球的有丝分裂器与卵轴垂直或平行。2）卵裂沟将卵裂球分成对称的两半。当前19页，总共65页。海鞘的辐射式卵裂当前20页，总共65页。海胆的辐射式卵裂当前21页，总共65页。海胆的卵裂

B2细胞期，C4细胞期，D32细胞期当前22页，总共65页。海胆第四次分裂卵裂球的形成当前23页，总共65页。海胆的早期囊胚和晚期囊胚当前24页，总共65页。蛙的辐射式卵裂当前25页，总共65页。蛙卵的第一次卵裂（2细胞）当前26页，总共65页。蛙卵的第二次卵裂（4细胞）当前27页，总共65页。蛙卵的第4次卵裂（16细胞）当前28页，总共65页。2.螺旋式卵裂

环节动物、涡虫纲动物、纽形动物门动物以及除头足纲外的所有软体动物的卵裂是螺旋式卵裂。螺旋式的特征：1）卵裂的方向与卵轴成斜角，2）细胞之间采用热力学上最稳定的方式堆叠，细胞间接触的面积更大，3）只经过较少次数的卵裂就开始了原肠形成。当前29页，总共65页。螺旋式卵裂示意图当前30页，总共65页。蜗牛的螺旋式卵裂

A8细胞期，B第四次卵裂中期当前31页，总共65页。软体动物Trochus的螺旋式卵裂当前32页，总共65页。蜗牛的左旋和右旋螺旋式卵裂当前33页，总共65页。3.两侧对称式卵裂

两侧对称式卵裂主要发现于水螅中，其主要特征是：第一次卵裂平面是胚胎的唯一对称面，它将胚胎划分为左右成镜像对称的两部分。第二次卵裂也是经裂，但不通过卵子的中心。第三次卵裂是纬裂，生成一层动物极卵裂球和一层植物极卵裂球。第四次卵裂是不规则的，第五次卵裂形成一个小的囊胚。当前34页，总共65页。水螅的两侧对称式卵裂A未分裂的受精卵中各种细胞质的分布；B8细胞期的胚胎；C、D从植物极方向观察的囊胚当前35页，总共65页。4.旋转式卵裂

哺乳动物的卵裂方式属于旋转式卵裂，其特征包括：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。当前36页，总共65页。棘皮动物（左）和哺乳动物（右）第一次和第二次卵裂方式的比较当前37页，总共65页。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，如老鼠和山羊在2细胞期就发生了从母性控制到合子控制的转换，在兔子的胚胎中，这个转换发生在8细胞期。当前38页，总共65页。哺乳动物的早期卵裂发生在输卵管中当前39页，总共65页。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细胞期的胚胎是一个松散的结构，各个卵裂球之间右许多空隙。而在第三次卵裂之后，各卵裂球突然相互靠近，相互之间的接触面积达到最大，形成一个紧密的细胞球。细胞球外层细胞之间有紧密连接，可将球内部的细胞与外环境隔绝，起稳定细胞球的作用。球体的内部细胞之间有间隙连接（gapjunction）相连，可以交换小分子和离子。当前40页，总共65页。未压缩的和压缩的8细胞小鼠胚胎的比较当前41页，总共65页。哺乳动物受精卵在体外进行的卵裂

A－B－C：2，4，8细胞期；D：

压缩的8细胞期；E：16细胞桑椹胚；F：32细胞囊胚期当前42页，总共65页。压缩（campaction）为哺乳动物发育中第一次分化（滋养层与内细胞团的分离）的外部条件。相邻细胞表面之间的相互作用是导致胚胎压缩的原因。有些专一性的细胞表面分子在胚胎压缩过程中扮演着重要的角色。其中，在2细胞期合成的糖蛋白E-cadherin主要集中于卵裂球相互接触的表面上。抗E-cadherin的抗体能使桑椹胚细胞散开，该糖蛋白的糖链部分是发挥功能所必需的。当前43页，总共65页。抗E-cadherin的抗体能够阻止胚胎压缩现象的发生当前44页，总共65页。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。当前45页，总共65页。内细胞团中的每个分裂球均能产生身体中任何细胞类型。当内细胞团细胞被分离，并在一定条件下生长时，它们会在培养过程中保持为分化的特征，并可持续不断地分裂，这些细胞被称为胚胎干细胞（embryostemcell）。利用胚胎干细胞进行基因敲除（geneknock-out）和构建转基因动物已经成为一种非常重要的、用于研究哺乳动物发育过程中基因功能的手段。当前46页，总共65页。

Makingaknockoutmouse:Stage1,creatingstemcellswithaninterruptedgene.Stage2,placingtheinterruptedgeneintheanimal.当前47页，总共65页。当前48页，总共65页。当前49页，总共65页。当前50页，总共65页。当前51页，总共65页。当前52页，总共65页。当前53页，总共65页。当前54页，总共65页。当前55页，总共65页。当前56页，总共65页。当前57页，总共65页。人类同卵双胞胎的形成与胚胎外膜相关的时序示意图。A，滋养层形成之前；B，滋养层形成之后，羊膜形成之前；C，羊膜形成之后。当前58页，总共65页。5.盘状卵裂鱼类的多卵黄卵的发育与鸟类相似，细胞分裂仅仅在动物极胚盘中发生。早期卵裂伴随着高度重复的经裂－纬裂模式，分裂速度很快。最初的几次分裂同步发生，形成一堆屹立在卵细胞动物极的细胞。约从第10次分裂开始，中期囊胚进入由母型调控向合子型调控的过渡期。当前59页，总共65页。斑马鱼的盘状卵裂过程当前60页，总共65页。斑马鱼囊胚细胞的命运图当前61页，总共65页。6.表面卵裂昆虫受精卵行表面卵裂。由于大量的卵黄位于卵的中央，因此卵裂被限制在卵的外围卵质中。表面卵裂的特征是，直到核已经分裂，细胞还不能形成。合子型的核于卵的中央部分进行多次的有丝分裂，形成多达256各细胞核。然后细胞核迁移至卵的四周，这时的胚胎称为合胞体层（syncytialblastoderm），意指所有