发育生物学第1章果蝇生殖干细胞决定

教材：《植物发育生物学》崔克明著，北京大学出版社，2005年植物发育生物学，白书农著，北京大学出版社，2003年植物发育的机制，英Ottoline Leyser著，瞿礼嘉邓兴旺译 2006《发育生物学》张红卫著，2005成绩评估：上课出席（10%），平时成绩（10%），实验报告（20%），期末考试（60%）第一章导论在介绍关于植物发育研究的具体内容之前，本章将先对有关植物发育生物学这个名词所涉及的一些概念和历史方面的内容做简单的介绍。

问题：植物发育生物学（Plant Developmental Biology）研究的对象是什么？它与传统的以动物为研究对象的发育生物学（Developmental Biology）之间有什么样的关系？它又与过去的植物发育生理或生殖生物学之间有什么样的关系？1.1发育和发育生物学1.1.1发育的概念发育：1999年辞海中，生物体在生命周期中，结构和功能从简单到复杂的变化过程。

个体发育：从受精卵形成胚胎并成为性成熟个体的过程。

Development:在英文中，不仅被用于生物学领域。

类似房地产开发这样的开发活动、音乐作品中交响乐主题的发展、摄影中的底片显影过程，也都用development。

为什么这么多与生物中的发育现像看起来风马牛不相及的事物在英文中却使用同一个名词呢？从该英文词的辞源分析可以发现，这些事物之间确实在本质上有相同之处。

Develop最早的辞形desveloper由des(分离、剥离)+voloper(包装)两部分构成。

显然，development本来的含义应为将被包装起来的东西打开。

由于房地产开发时将设计蓝图变为实物，底片中银粒已在曝光时将影像保存，因此自然应该用development。

对于生物的发育而言，个体是由卵、胚胎等简单的结构变化而来，因此人们很容易想象这些个体的早期一定也是被什么包装了的东西，这些东西在后来逐渐被打开，最后形成我们看到的生命个体。

《发育生物学》课后习题答案绪论1、发育生物学的定义，研究对象和研究任务？答：定义：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。

研究对象：主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。

同时还研究生物种群系统发生的机制。

2、多细胞个体发育的两大功能？答：1.产生细胞多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的时空特异性；2.保证世代交替和生命的连续。

3、书中所讲爪蟾个体发育中的一系列概念？答：受精：精子和卵子融合的过程称为受精。

卵裂：受精后受精卵立即开始一系列迅速的有丝分裂，分裂成许多小细胞即分裂球，这个过程称为卵裂。

囊胚：卵裂后期，由分裂球聚集构成的圆球形囊泡状胚胎称为囊胚。

图式形成：胚胎细胞形成不同组织，器官和构成有序空间结构的过程胚轴：指从胚胎前端到后端之间的前后轴和背侧到腹侧之间的背腹轴4、模式生物的共性特征？答：a.其生理特征能够代表生物界的某一大类群；b.容易获得并易于在实验室内饲养繁殖；c.容易进行试验操作，特别是遗传学分析。

5、所讲每种发育生物学模式生物的特点，优势及其应用？答：a.两粞类——非洲爪蟾取卵方便，可常年取卵，卵母细胞体积大、数量多，易于显微操作。

应用：最早使用的模式生物，卵子和胚胎对早期发育生物学的发展有举足轻重的作用。

b.鱼类——斑马鱼受精卵较大，发育前期无色素表达，性成熟周期短、遗传背景清楚。

优势：a,世代周期短；b,胚胎透明，易于观察。

应用：大规模遗传突变筛选。

c.鸟类——鸡胚胎发育过程与哺乳动物更加接近，且鸡胚在体外发育相对于哺乳动物更容易进行试验研究。

应用：研究肢、体节等器官发育机制。

d.哺乳动物——小鼠特点及优势：繁殖快、饲养管理费用低，胚胎发育过程与人接近，遗传学背景较清楚。

应用：作为很多人类疾病的动物模型。

e.无脊椎动物果蝇：繁殖迅速，染色体巨大且易于进行基因定位。

酵母：单细胞动物，容易控制其生长，能方便的控制单倍体和二倍体间的相互转换，与哺乳动物编码蛋白的基因有高度同源性。

《发育生物学》课程笔记第一章：发育生物学的概述一、发育生物学的定义和研究范围1. 定义：发育生物学是生物学的一个分支，它专注于研究生物体从单个细胞（通常是受精卵）开始，经过细胞分裂、分化、形态发生、组织形成和器官发育等过程，最终形成成熟个体的全部生物学过程。

2. 研究范围：- 细胞层面的发育：包括细胞周期、细胞分裂、细胞命运决定、细胞迁移等。

- 分子层面的发育：涉及基因表达调控、信号转导途径、转录因子和网络调控等。

- 形态发生和器官形成：研究生物体的形态变化、轴的形成、器官原基的诱导和分化等。

- 发育过程中的遗传和环境因素：探讨遗传变异、表观遗传学、环境因素如何影响发育过程。

- 发育异常和疾病：研究发育过程中的异常如何导致疾病和畸形。

二、发育生物学的发展历程1. 早期探索（17世纪- 19世纪）：- 显微镜的发明使得科学家能够观察胚胎的早期发育。

- 卡尔·冯·林奈（Carl Linnaeus）和卡尔·恩斯特·冯·贝尔（Karl Ernst von Baer）等人的工作奠定了胚胎学的基础。

2. 胚胎学时期（19世纪末- 20世纪初）：- 柏拉图生物学假说和重演论（Recapitulation theory）的提出。

- 奥古斯特·魏斯曼（August Weismann）提出了种质论，区分了体细胞和生殖细胞。

3. 细胞和分子生物学时期（20世纪中叶- 至今）：- 发现DNA双螺旋结构，开启了分子生物学时代。

- 发育遗传学的发展，如同源框（homeobox）基因的发现。

- 克隆技术的应用，如克隆羊多莉（Dolly）的诞生。

三、发育生物学与其他学科的关系1. 与胚胎学的关系：- 发育生物学是胚胎学的延伸，两者都关注生物体的早期发育，但发育生物学更侧重于分子和细胞机制。

2. 与遗传学的关系：- 遗传学提供了理解发育过程中基因如何传递和表达的基础。

- 发育遗传学领域的研究揭示了基因如何控制发育过程。

发育生物学期末考试复习资料一、发育的主要功能：产生细胞的多样性（细胞分化）；保证世代的连续（繁殖）。

细胞分化（cell differentiation）：从受精卵产生各种类型细胞的发育过程称为细胞分化。

或者说，细胞的形态、结构和功能上的差异性产生的过程为细胞分化。

第一章细胞命运的决定细胞分化：细胞表型多样化和功能多样化产生的过程。

（一）、定型的两个时相：1、特化（specification） ---- 当一个细胞或组织放在中性环境(如培养皿中培养)可以自主分化时，那么这个细胞或组织被认为是命运已经特化了。

此类细胞发育命运是可变的。

2、决定（determination） ---- 当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，那么这个细胞或组织被认为是命运已经决定了。

此类细胞的发育命运是不可逆的。

生殖质（极质，P颗粒）：含有生殖细胞决定子的细胞质，获得生殖质的卵裂球将形成原生殖细胞。

第五章生殖细胞的发生原生殖细胞（Primordial germ cell，PGC）---- 性别尚未分化的生殖细胞。

二、生殖质与生殖细胞的决定生殖质Germ plasm：具有一定形态结构的特殊细胞质，主要由蛋白质和RNA构成。

原生殖细胞的决定从受精卵的第一次卵裂就开始了，到4次分裂以后，原生殖细胞将发生均等分裂；含P颗粒（Posteriorgranules）的细胞构成生殖系，P1，P2，P3，P4……，P4为生殖细胞的始祖细胞；P颗粒在受精过程和第一次卵裂过程中的不对称定位，26细胞期时全部P颗粒都在P4细胞中。

线虫原生殖细胞的命运决定于Pie-1： Pie-1基因的功能涉及P细胞维持生殖干细胞的属性，其编码核蛋白，仅存于生殖干细胞中。

其缺失导致P1－P4也向体细胞分化。

其作用可能是抑制生殖细胞中体细胞相关基因转录活性。

2、果蝇(Drosophila)：生命周期短，易于繁殖，操作简便，成本低；产卵力强，其胚胎和成体表型特征丰富，遗传背景清楚。

《发育生物学》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：课程名称：发育生物学英文名称：Developmental Biology课程类别：专业课学时：54学分：3.0适用对象: 生物科学专业06级本科生考核方式：考试，平时成绩占总成绩的30％先修课程：本课程是在植物学、分析化学、有机化学、动物生物学、细胞生物学等课程之后开设的。

二、课程简介发育生物学是研究生命体发育过程及其本质的科学。

发育（development）是有机体生命现象的变化发展，是有机体不断自我构建和自我组织的过程。

发育生物学是近年来随着生命科学领域各学科的进展，尤其是分子生物学、细胞生物学、遗传学、生物化学等学科进展及其与胚胎学的相互渗透而发展形成的一门新兴学科，是当今生命科学研究的前沿阵地和主战场之一。

Brief introduction to the course of Developmental BiologyDevelopmental Biology is a discipline to investigate the process of development ant its mechanism. Development is a process of dynamic variation, and self-construction and self-organization of organism. With the rapid progress of Molecular Biology, Cell Biology, Genetics, Biochemistry and their penetration with embryology, Developmental Biology is now developing into a novel discipline of the most important disciplines in the field of life sciences.三、课程性质与教学目的发育生物学的研究对象，其一，研究个体发育的机制，即生命个体的生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、成熟、衰老和死亡的发展过程的机制；其二，研究生物种群系统发生的机理。

发育生物学第一章序言一、引言发育生物学是一门研究生物体从精子和卵子的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老、死亡的规律的科学。

1、后成论(epigenesis)和先成论(preformation)Preformation:生物体的各个组成部分存在于胚胎中，随胚胎发育而长大。

Epigenesis: 胚胎的各个部分是在发育中逐渐形成的。

2、细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念19世纪有关的重要发现和理论：细胞、生殖细胞、细胞核、染色体、3、Mosaic and regulative developmentMosaic development: 合子核中的特殊因子在细胞分裂中的不均等分裂导致不同细胞的产生，这些细胞有各自的发育命运。

Regulative development: 胚胎在局部被排除或受损后仍能正常发育。

4、诱导(induction)现象的发现1924年，Spemann和Hilde Mangold发现一种组织能够指导另一种组织的发育。

5、遗传学和发育学的结合1909年Wilhelm Johannsen提出基因型和表现型的概念，使遗传学和胚胎发育学首次发生关系；40年代进一步认识到基因在发育中的决定性作用。

二、发育生物学研究中的主要动物模型(一)、Invertebrate models1. Drosophila melanogaster (fruitfly) ---insect model2. Caenorhabditis elegans (nematode)--- worm model(二)、Vertebrate models1.Xenopus laevis (Africa frog) --- Amphibian model2.Chick--- bird model3.Mouse--- mammalian model4. Zebrafish --- fish model三、发育生物学中的基本概念及规律(一)、五个主要的developmental processes1. Cell division: 早期胚胎发育中的细胞分离不同于后期。

果蝇的遗传变异和性别决定机制引言果蝇（Drosophila melanogaster）是一种经典的模式生物，作为生命科学中的一个经典模型生物，被广泛地应用于基因遗传、发育生物学、细胞生物学、神经科学以及行为学等领域的研究。

果蝇基因组也已经被完整测序，成为了细胞分裂研究、人类基因遗传、疾病治疗等研究的重要模型。

其中，果蝇遗传变异与性别决定机制更是受到了生命科学领域内广泛的关注。

一、果蝇遗传变异在一般情况下，果蝇细胞核中含有4对染色体，其中一对是性染色体（X、Y染色体），另外两对为常染色体。

果蝇基因变异的原因多种多样，有经由突变、交配、重组、基因转座等诸多途径，但不同的变异途径主要导致相应的变异类型。

1. 突变突变是造成果蝇基因遗传变异最直接的原因之一，它指的是在基因序列发生了突然而意外的变化。

突变可以从遗传上定义为不打断上游区域的氨基酸序列的正常单个核苷酸发生变异，也可被定义为某个区域几个氨基酸的插入和缺失。

由于果蝇数量庞大，适应力强，所以在自然选择中，不适应的变异难以生存下去。

2. 交配交配是影响果蝇基因遗传变异的另外一种途径。

由于果蝇交配有雄性和雌性，它们之间的基因组在一定程度上是不同的。

如若雌性和雄性进行体内杂交的情况下，雌性个体会感知到雄性个体的某些基因，从而在产生后代时对后代的基因表达产生一定的影响。

3. 重组重组也是造成果蝇基因遗传变异的一种途径。

它指的是基因突变和杂交之后，产生的新的不同基因排列和基因型。

重组是染色体的重组，同样适用于果蝇染色体。

由于产生的新的基因型使果蝇的数量在短期内扩大，为所研究的基因提供了更多的样本。

4. 基因转座基因转座在影响果蝇基因遗传变异中也有不可忽视的作用。

基因转座指的是一个区域在基因中被突然转移到了另一个区域，从而影响了基因的正常表达。

实际上，基因转座对于激活沉默基因的细胞来说也非常关键。

二、果蝇性别决定机制果蝇的性别决定机制受到了广泛的研究，其性别决定和人类有异曲同工之妙。