發(fā)育生物學(xué)-發(fā)育前言與發(fā)育生物學(xué)簡(jiǎn)史

Biology00811900

DevelopmentalBiologySpring,2013Prof.SunFei(孫斐),MD,PhD

Rm.:522/515Telephone:63600847Email:feisun@發(fā)育生物學(xué)CourseDescriptionTextbook張紅衛(wèi)等2006

發(fā)育生物學(xué)高等教育出版社

WolpertL.2007

PrinciplesofDevelopment發(fā)育的原理科學(xué)出版社發(fā)育(Development)

一個(gè)細(xì)胞

(受精卵zygote)

不斷分裂和分化,即一個(gè)有機(jī)體從其生命開始到性成熟的變化過(guò)程稱為發(fā)育。它是從單個(gè)細(xì)胞演變成復(fù)雜的多細(xì)胞生物的過(guò)程,是生命現(xiàn)象的發(fā)展、生物有機(jī)體以遺傳信息為基礎(chǔ)的自我構(gòu)建和自我組織的過(guò)程,是基因按照特定的時(shí)間和空間選擇性表達(dá)并逐步轉(zhuǎn)化為特征表型的過(guò)程。

狹義:asinglecell(fertilizedegg)giverisetoamulticellularorganism

發(fā)育生物學(xué)????~200differentcelltypes1celltype廣義：研究多細(xì)胞生物體從生殖細(xì)胞的發(fā)生、受精、胚胎發(fā)育、生長(zhǎng)到衰老和死亡,即生物個(gè)體發(fā)育中生命現(xiàn)象發(fā)展的機(jī)制。也研究生物種群系統(tǒng)發(fā)生的機(jī)制。發(fā)育生物學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)：胚胎學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)。發(fā)展過(guò)程：形態(tài)機(jī)理；組織器官細(xì)胞

分子主要內(nèi)容

Drawoutembryonicdevelopmentfrom

1-cellstage,cleavage(卵裂),blastula(囊胚),gastrula(原腸胚),germlayerformation(胚層形成),neurulation(神經(jīng)胚),organogenesis(器官形成)主要內(nèi)容概圖

Unitethedisciplinesofembryology,cellularandmolecularbiology,geneticsandembryology

借助于分子、細(xì)胞、組織器官各個(gè)層面上研究所取得的巨大成就，闡明發(fā)育的機(jī)理，將對(duì)揭示生命運(yùn)動(dòng)的奧秘和促進(jìn)生物學(xué)基礎(chǔ)理論的大綜合做出重要貢獻(xiàn)。發(fā)育生物學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系與傳統(tǒng)的胚胎學(xué)（embryology）不同，發(fā)育生物學(xué)是在20世紀(jì)50年代以后，由于分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)以及生物化學(xué)等其他生命學(xué)科的發(fā)展，并與胚胎學(xué)的相互滲透，才逐漸發(fā)展和形成的一門新興的生命科學(xué)。傳統(tǒng)的胚胎學(xué)是研究從動(dòng)物受精到出生之間有機(jī)體的發(fā)育，即胚胎發(fā)育。但有機(jī)體的發(fā)育在出生后并未停止，甚至大多數(shù)成年生物體也依然繼續(xù)發(fā)育。一些動(dòng)物能夠再生出失去的器官。一種蜥蜴（Southeasternfive-linedskink,東南五線石龍子）在防御中丟棄自己的尾巴。

有尾兩棲類蠑螈晶狀體的再生

ImpactonSociety

發(fā)育工程與基因工程、細(xì)胞工程等技術(shù)相結(jié)合，將滲入農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)、制藥業(yè)、醫(yī)療保健業(yè)和優(yōu)生優(yōu)育等廣泛領(lǐng)域，對(duì)人類社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、法律、倫理等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。發(fā)育生物學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系ImpactonSociety

Birthdefects

Humanreproductionisaninefficientprocess:

~50%ofconceptidonotimplant(implant.8-10dpf).afurther~30%dieandabortafterimplantation.

3-4%ofalllivebirthspossessamacroscopicallyvisiblecongenitaldefect.發(fā)育生物學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系ImpactonSociety

Birthdefects

1%ofallbabiesarebornwithaheartdefect

20%ofneonataldeathsarecausedbycongenitaldefects

Developmentaldefectsseenatbirtharecausedbydefectsinthecellularprocessesofdevelopment.發(fā)育生物學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系ImpactonSociety

IVF

Teratology

Cancer

發(fā)育生物學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系2010NobelPrizeinPhysiologyorMedicineRobertEdwardsgetsnodfordevelopinginvitrofertilizationUniversityofCambridge1978,thefirstbabywasbornthroughIVFtreatment.2010,approximately4millionbabieswillbebornfromtheprocedure.發(fā)育生物學(xué)既是重要的基礎(chǔ)生命科學(xué)，其研究成果又具有廣闊的應(yīng)用前景，已迅速躍遷為生命科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的主流學(xué)科之一。迷人的領(lǐng)域發(fā)育生物學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系Theprincipalphenomenaofdevelopmentasillustratedinavarietyof

modelorganismsandsystems.The

cellularandmolecularbasis

ofdevelopment.Bothclassicalandmodern

techniques

whichareemployedinthefield.Anintroductiontotherapidly

advancingfield

ofdevelopmentalbiology.發(fā)育生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容第一章緒論

§1.1動(dòng)物發(fā)育的前言及發(fā)育生物學(xué)簡(jiǎn)史

§1.2發(fā)育生物學(xué)模式生物§1.3發(fā)育生物學(xué)研究技術(shù)

第二章發(fā)育生物學(xué)基本原理(13學(xué)時(shí))

§2.1發(fā)育的基本過(guò)程

§2.2細(xì)胞命運(yùn)的決定及命運(yùn)圖§2.3細(xì)胞分化的分子機(jī)制§2.3.1基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

§2.3.2轉(zhuǎn)錄后調(diào)控§2.4發(fā)育中的信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)育生物學(xué)教學(xué)大綱第三章動(dòng)物胚胎的發(fā)育

§3.1受精的機(jī)制§3.2哺乳動(dòng)物胚軸形成與胚層分化§3.3脊椎動(dòng)物體節(jié)形成與早期神經(jīng)系統(tǒng)的圖式形成§3.4哺乳動(dòng)物的生殖系統(tǒng)

§3.5生殖細(xì)胞（精子和卵子）發(fā)生§3.6生長(zhǎng)與胚后發(fā)育第四章發(fā)育生物學(xué)的新研究領(lǐng)域(6學(xué)時(shí))

§4.1干細(xì)胞§4.2microRNA的調(diào)控

§4.3考試復(fù)習(xí)發(fā)育生物學(xué)教學(xué)大綱CourseGoalsLiteracyintheconcepts,terminologyandmethodologyofdevelopmentalbiology

Anunderstandingfor

basicprocesses

ofdevelopment

A

knowledgebase

allowingforadvancedstudyindevelopmentandrelatedfields.CourseRequirementsandEvaluationParticipation10%Assignmentsorquiz30%Finalexam60%

Total100%BriefhistoryofDevelopmentalBiology發(fā)育生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)育是生物學(xué)中古老的話題，而發(fā)育生物學(xué)是在胚胎學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展和形成的一門新型的生命科學(xué)，它揭示了生物體生命周期動(dòng)態(tài)演變的規(guī)律，是生命科學(xué)中的新主角。生命科學(xué)中最活躍的發(fā)育生物學(xué)古老而又年輕。發(fā)展歷史一、后成論(epigenesis)和先成論(preformation)之爭(zhēng)希臘哲學(xué)家Aristotle(384-322B.C.)在公元前第4世紀(jì)在對(duì)雞胚和一些無(wú)脊椎動(dòng)物胚胎觀察后提出胚胎發(fā)育的兩種假設(shè)：

Preformation:生物個(gè)體的一切組成部分都早就存在(performed)于胚胎中，各個(gè)部分隨著胚胎的發(fā)育而長(zhǎng)大。Epigenesis:在胚胎的發(fā)育過(guò)程中，各種結(jié)構(gòu)是逐漸形成的,這個(gè)過(guò)程叫epigenesis

。

Aristotle：首先提出胚胎是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐漸發(fā)育形成的17世紀(jì)，精原學(xué)說(shuō)的代表人物NicholasHartsoeker所想像的精子中的微型人

法國(guó)科學(xué)家Bonnet(1745)提出胚胎發(fā)育套裝論精源學(xué)說(shuō)：胚胎預(yù)先存在于精子中TheoryofperformationTheoryofperformation卵源學(xué)說(shuō)：卵子中本來(lái)就存在微小的胚胎圖形17世紀(jì)，意大利胚胎學(xué)家MarcelloMalpighi觀察到的雞胚胚胎是成體的雛形，是配子中固有的結(jié)構(gòu)，胚胎發(fā)育僅僅是原有結(jié)構(gòu)的增大。二、細(xì)胞理論改變了胚胎發(fā)育和遺傳的概念1840：GermanbiologistWeismannA.:動(dòng)物的細(xì)胞可以分為體細(xì)胞（somaticcell）和生殖細(xì)胞（germcells）他認(rèn)為后代的遺傳特征不是來(lái)自體細(xì)胞，而是來(lái)自生殖細(xì)胞，生殖細(xì)胞并不受體細(xì)胞的影響。生殖細(xì)胞和體細(xì)胞不同。

19世紀(jì)30年代末：Thecelltheory:

SchleidenandSchwann:cellsarethebasicunitsoflife

二、細(xì)胞理論對(duì)胚胎發(fā)育和遺傳概念的影響1840,AugustWeismann提出了生殖細(xì)胞論，認(rèn)為后代個(gè)體是通過(guò)精子和卵子繼承親本描述軀體特征的信息；卵子是一個(gè)細(xì)胞，其分裂產(chǎn)生的細(xì)胞可分化出不同組織，從而否定了preformation論。

19世紀(jì)對(duì)SeaUrchin受精卵觀察發(fā)現(xiàn)，受精卵含兩個(gè)細(xì)胞核，并最終合并為一個(gè)細(xì)胞核，表明細(xì)胞核含有遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。

19世紀(jì)末，染色體的發(fā)現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)染色體數(shù)目在發(fā)育中的變化規(guī)律，使孟德爾遺傳定律有了物質(zhì)基礎(chǔ)。體細(xì)胞的染色體數(shù)保持不變，但是在配子形成過(guò)程中，二倍體(diploid)的前體細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂(meiosis)形成單倍體(haploid)，兩性單倍體配子通過(guò)受精形成二倍體的合子，再由合子產(chǎn)生胚胎。揭開了新篇章。三、發(fā)育的嵌合型和調(diào)整型Mosaicdevelopment

19世紀(jì)80年代,

Weismann’stheory:合子的細(xì)胞核中含有大量特殊的信息物質(zhì)-決定子(determinants)，在卵裂過(guò)程中這些決定子不對(duì)稱分配到子細(xì)胞中去控制子細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)。命運(yùn)在卵裂時(shí)就已由合子核信息決定，決定子在核中的分布是分散存在的。核心：強(qiáng)調(diào)早期卵裂必須是不對(duì)稱分裂。由于合子成分的不均勻，其卵裂的結(jié)果產(chǎn)生的子細(xì)胞彼此之間完全不同。三、發(fā)育的嵌合型和調(diào)整型MosaicdevelopmentRoux’sexperimenttotestWeismann’stheory：熱針破壞蛙胚的一個(gè)分裂球，存活的另一個(gè)分裂球只能發(fā)育成為半個(gè)胚胎?！巴艿呐咛グl(fā)育存在嵌合型發(fā)育機(jī)制，細(xì)胞的體征和命運(yùn)是在卵裂的過(guò)程中決定的?！比?、發(fā)育的嵌合型和調(diào)整型RegulatorydevelopmentDriesch’s(Roux’sfellowcountryman)experiment:在海膽兩細(xì)胞期將兩個(gè)分裂球分開，得到一個(gè)發(fā)育正常但個(gè)體較小的海膽幼體。首次證明發(fā)育過(guò)程中存在調(diào)整型發(fā)育機(jī)制。胚胎在局部被排除或受損傷后,可產(chǎn)生胚胎細(xì)胞位置的移動(dòng)或重排,胚胎仍具正常發(fā)育的能力，即胚胎發(fā)育是可調(diào)節(jié)的。四、誘導(dǎo)(induction)

現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1924,Spemann&Mangold胚孔背唇移植實(shí)驗(yàn)：將蠑螈原腸胚早期的胚孔背唇移植到另一同期受體胚胎的胚孔側(cè)唇表明，隨著受體胚胎的發(fā)育，大部分移植組織也內(nèi)陷進(jìn)入胚胎內(nèi)，在原腸胚后期誘導(dǎo)產(chǎn)生了另一個(gè)次生胚。胚胎的一種組織可以指導(dǎo)另一種相鄰組織的發(fā)育。四、誘導(dǎo)(induction)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)：指一類組織與另一類組織的相互作用，前者稱為誘導(dǎo)者(inducer);后者稱為反應(yīng)組織，誘導(dǎo)者可指令臨近反應(yīng)組織的發(fā)育。細(xì)胞之間的相互作用是胚胎發(fā)育的核心問(wèn)題。胚孔背唇組織具有調(diào)控和組織一個(gè)幾乎完整的胚胎產(chǎn)生的特殊能力，故稱為組織者(organizer)。DVDV四、誘導(dǎo)(induction)現(xiàn)象1935NobelPrize五、遺傳學(xué)和胚胎學(xué)相伴而來(lái)1900年，孟德爾遺傳定律研究遺傳元素在世代間的傳遞。1909年:荷蘭植物學(xué)家WilhelmJohannsen提出基因型和表現(xiàn)型的概念，首次使遺傳學(xué)和胚胎發(fā)育學(xué)發(fā)生關(guān)系。基因型(genotype):

有機(jī)體從雙親獲得的遺傳信息所賦有的特性。表型(phenotype):

有機(jī)體在不同發(fā)育時(shí)期表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生化等特征。基因型控制發(fā)育，有機(jī)體的表型又受到環(huán)境因子和基因型的共同影響。如twins具有相同的基因型，但環(huán)境差異導(dǎo)致表型差異。

發(fā)育受遺傳程序的控制，遺傳特性通過(guò)發(fā)育展現(xiàn)出來(lái)。六、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的結(jié)合1940s:turningpoint:

DNA是遺傳物質(zhì)，控制蛋白質(zhì)的合成。

1950s:DNA為雙螺旋結(jié)構(gòu)。

1960s:三聯(lián)體密碼被破解。蛋白質(zhì)合成調(diào)控機(jī)制的操縱子學(xué)

20世紀(jì)70年代