發(fā)育生物學(xué)第六章卵裂

受精卵經(jīng)過一系列的細(xì)胞分裂將體積極大的卵細(xì)胞質(zhì)分割成許多較小的、有核的細(xì)胞，形成一個(gè)多細(xì)胞生物體的過程稱為卵裂（cleavage）。處于卵裂期的細(xì)胞叫做卵裂球（blastomere）。不同卵裂球之間已經(jīng)開始產(chǎn)生差異，并最終發(fā)育成不同類型的細(xì)胞。1.卵裂概述當(dāng)前1頁，總共65頁。蛙的早期卵裂。A第一次卵裂，B第二次卵裂，C第四次卵裂，動(dòng)物極和植物極細(xì)胞出現(xiàn)差異。當(dāng)前2頁，總共65頁。小鼠桑椹胚的壓縮現(xiàn)象（compaction）

8細(xì)胞時(shí)期，小鼠細(xì)胞表面光滑，微絨毛均勻分布，壓縮后微絨毛僅分布于細(xì)胞的外表面，細(xì)胞之間的聯(lián)系加強(qiáng)了。當(dāng)前3頁，總共65頁。小鼠胚胎卵裂過程中的極化現(xiàn)象。當(dāng)前4頁，總共65頁。對大多數(shù)物種而言（尤其是無脊椎動(dòng)物），細(xì)胞分裂的速度及卵裂球的相互位置主要是由母本儲(chǔ)存在卵母細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和mRNA控制的。通過有絲分裂分配到各卵裂球中的合子基因組，在早期卵裂胚胎中并不起作用，即使用化學(xué)物質(zhì)抑制轉(zhuǎn)錄，早期胚胎也能正常發(fā)育。當(dāng)前5頁，總共65頁。線蟲受精卵內(nèi)的胞質(zhì)決定子的不對稱分布決定了卵裂的不對稱性，不對稱的卵裂將形成不同發(fā)育命運(yùn)的分裂球。當(dāng)前6頁，總共65頁。卵裂時(shí)，細(xì)胞質(zhì)體積并沒有增加，合子細(xì)胞質(zhì)不斷地被二等分分到越來越小的細(xì)胞中。細(xì)胞在兩次分裂之間沒有生長期，卵裂期細(xì)胞核以極高的速度分裂，直到原腸后期細(xì)胞分裂速度才顯著放慢。當(dāng)前7頁，總共65頁。蛙胚早期發(fā)育的卵裂速度當(dāng)前8頁，總共65頁。在多數(shù)生物的胚胎中，核質(zhì)比值的成倍增加是決定某些基因定時(shí)開始轉(zhuǎn)錄的因素。非洲爪蟾的胚胎，直到第12次卵裂，合子的基因組才開始轉(zhuǎn)錄（中期囊胚轉(zhuǎn)換）。胚胎細(xì)胞中染色質(zhì)含量愈高，這種轉(zhuǎn)化（合子型基因的打開）發(fā)生愈早。如果核內(nèi)染色質(zhì)是正常情況的2倍，這種轉(zhuǎn)化將提前一個(gè)周期發(fā)生。因此新合成的染色質(zhì)能感受卵內(nèi)一些因子的量的變化。當(dāng)前9頁，總共65頁。在多數(shù)動(dòng)物的發(fā)育過程中，受精卵立即進(jìn)入快速分裂和細(xì)胞增殖的階段，首先形成一個(gè)多細(xì)胞的團(tuán)聚體，稱為桑椹胚（morula）。之后，伴隨細(xì)胞數(shù)目的增加，胚體中空而形成一個(gè)囊狀結(jié)構(gòu)，稱為囊胚（blastula）。從受精卵到囊胚形成是動(dòng)物早期發(fā)育的一個(gè)重要階段。當(dāng)前10頁，總共65頁。海膽細(xì)胞的卵裂平面是主要由星體（asters）而不是由紡錘體決定的。

當(dāng)前11頁，總共65頁。中心體（centrosomes）行為的差異造成線蟲不同的細(xì)胞具有不同的卵裂平面

當(dāng)前12頁，總共65頁。細(xì)胞壓縮決定囊胚腔的大小當(dāng)前13頁，總共65頁。蛙卵囊胚腔的形成A，第一次卵裂平面形成的小裂隙以后擴(kuò)大發(fā)育為囊胚腔；B，8細(xì)胞時(shí)期的囊胚腔。當(dāng)前14頁，總共65頁。小鼠胚胎上胚層細(xì)胞的程序性死亡導(dǎo)致囊胚腔的形成。當(dāng)前15頁，總共65頁。蛙囊胚腔內(nèi)體液的積累與離子轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。隨著囊胚腔內(nèi)離濃度的增加，水分就通過滲透作用進(jìn)入進(jìn)入囊胚腔內(nèi)。囊胚腔內(nèi)液體的積累對囊胚腔壁造成一個(gè)向外的力壓力，這種靜水壓是參與形成和維持囊胚為球形的一個(gè)重要作用力。當(dāng)前16頁，總共65頁。2.卵裂的方式卵裂的方式是一個(gè)受遺傳控制的過程，主要由兩個(gè)因素決定：1.卵質(zhì)中卵黃的含量及其在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的分布決定卵裂發(fā)生的部位及卵裂球的相對大小。2.卵質(zhì)中影響紡錘體方位角度和形成時(shí)間的一些因子當(dāng)前17頁，總共65頁。卵裂方式的分類當(dāng)前18頁，總共65頁。一、完全卵裂1.輻射式卵裂的基本特征：1）每個(gè)卵裂球的有絲分裂器與卵軸垂直或平行。2）卵裂溝將卵裂球分成對稱的兩半。當(dāng)前19頁，總共65頁。海鞘的輻射式卵裂當(dāng)前20頁，總共65頁。海膽的輻射式卵裂當(dāng)前21頁，總共65頁。海膽的卵裂

B2細(xì)胞期，C4細(xì)胞期，D32細(xì)胞期當(dāng)前22頁，總共65頁。海膽第四次分裂卵裂球的形成當(dāng)前23頁，總共65頁。海膽的早期囊胚和晚期囊胚當(dāng)前24頁，總共65頁。蛙的輻射式卵裂當(dāng)前25頁，總共65頁。蛙卵的第一次卵裂（2細(xì)胞）當(dāng)前26頁，總共65頁。蛙卵的第二次卵裂（4細(xì)胞）當(dāng)前27頁，總共65頁。蛙卵的第4次卵裂（16細(xì)胞）當(dāng)前28頁，總共65頁。2.螺旋式卵裂

環(huán)節(jié)動(dòng)物、渦蟲綱動(dòng)物、紐形動(dòng)物門動(dòng)物以及除頭足綱外的所有軟體動(dòng)物的卵裂是螺旋式卵裂。螺旋式的特征：1）卵裂的方向與卵軸成斜角，2）細(xì)胞之間采用熱力學(xué)上最穩(wěn)定的方式堆疊，細(xì)胞間接觸的面積更大，3）只經(jīng)過較少次數(shù)的卵裂就開始了原腸形成。當(dāng)前29頁，總共65頁。螺旋式卵裂示意圖當(dāng)前30頁，總共65頁。蝸牛的螺旋式卵裂

A8細(xì)胞期，B第四次卵裂中期當(dāng)前31頁，總共65頁。軟體動(dòng)物Trochus的螺旋式卵裂當(dāng)前32頁，總共65頁。蝸牛的左旋和右旋螺旋式卵裂當(dāng)前33頁，總共65頁。3.兩側(cè)對稱式卵裂

兩側(cè)對稱式卵裂主要發(fā)現(xiàn)于水螅中，其主要特征是：第一次卵裂平面是胚胎的唯一對稱面，它將胚胎劃分為左右成鏡像對稱的兩部分。第二次卵裂也是經(jīng)裂，但不通過卵子的中心。第三次卵裂是緯裂，生成一層動(dòng)物極卵裂球和一層植物極卵裂球。第四次卵裂是不規(guī)則的，第五次卵裂形成一個(gè)小的囊胚。當(dāng)前34頁，總共65頁。水螅的兩側(cè)對稱式卵裂A未分裂的受精卵中各種細(xì)胞質(zhì)的分布；B8細(xì)胞期的胚胎；C、D從植物極方向觀察的囊胚當(dāng)前35頁，總共65頁。4.旋轉(zhuǎn)式卵裂

哺乳動(dòng)物的卵裂方式屬于旋轉(zhuǎn)式卵裂，其特征包括：1.卵裂速度緩慢；2.第1次為經(jīng)裂，其后的2個(gè)卵裂球各采用不同的卵裂方式，一個(gè)是經(jīng)裂，一個(gè)是緯裂；這種卵裂的方式稱為交替旋轉(zhuǎn)對稱式卵裂。當(dāng)前36頁，總共65頁。棘皮動(dòng)物（左）和哺乳動(dòng)物（右）第一次和第二次卵裂方式的比較當(dāng)前37頁，總共65頁。3.早期卵裂不同步，因此哺乳動(dòng)物的胚胎常常含有奇數(shù)個(gè)細(xì)胞。4.基因組在卵裂的早期就被激活并表達(dá)出進(jìn)行卵裂所必需的蛋白，如老鼠和山羊在2細(xì)胞期就發(fā)生了從母性控制到合子控制的轉(zhuǎn)換，在兔子的胚胎中，這個(gè)轉(zhuǎn)換發(fā)生在8細(xì)胞期。當(dāng)前38頁，總共65頁。哺乳動(dòng)物的早期卵裂發(fā)生在輸卵管中當(dāng)前39頁，總共65頁。哺乳動(dòng)物另外右一個(gè)重要的特征是有胚胎的壓縮（compaction）現(xiàn)象。處于8細(xì)胞期的胚胎是一個(gè)松散的結(jié)構(gòu)，各個(gè)卵裂球之間右許多空隙。而在第三次卵裂之后，各卵裂球突然相互靠近，相互之間的接觸面積達(dá)到最大，形成一個(gè)緊密的細(xì)胞球。細(xì)胞球外層細(xì)胞之間有緊密連接，可將球內(nèi)部的細(xì)胞與外環(huán)境隔絕，起穩(wěn)定細(xì)胞球的作用。球體的內(nèi)部細(xì)胞之間有間隙連接（gapjunction）相連，可以交換小分子和離子。當(dāng)前40頁，總共65頁。未壓縮的和壓縮的8細(xì)胞小鼠胚胎的比較當(dāng)前41頁，總共65頁。哺乳動(dòng)物受精卵在體外進(jìn)行的卵裂

A－B－C：2，4，8細(xì)胞期；D：

壓縮的8細(xì)胞期；E：16細(xì)胞桑椹胚；F：32細(xì)胞囊胚期當(dāng)前42頁，總共65頁。壓縮（campaction）為哺乳動(dòng)物發(fā)育中第一次分化（滋養(yǎng)層與內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的分離）的外部條件。相鄰細(xì)胞表面之間的相互作用是導(dǎo)致胚胎壓縮的原因。有些專一性的細(xì)胞表面分子在胚胎壓縮過程中扮演著重要的角色。其中，在2細(xì)胞期合成的糖蛋白E-cadherin主要集中于卵裂球相互接觸的表面上。抗E-cadherin的抗體能使桑椹胚細(xì)胞散開，該糖蛋白的糖鏈部分是發(fā)揮功能所必需的。當(dāng)前43頁，總共65頁?？笶-cadherin的抗體能夠阻止胚胎壓縮現(xiàn)象的發(fā)生當(dāng)前44頁，總共65頁。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的產(chǎn)生是哺乳動(dòng)物早期發(fā)育的關(guān)鍵步驟之一。通過對活體胚胎的觀察研究，發(fā)現(xiàn)這種重要決定作用僅僅依賴于細(xì)胞于某一正確時(shí)間出現(xiàn)在某一正確的位置。壓縮后位于外層的細(xì)胞將形成滋養(yǎng)層細(xì)胞，而內(nèi)部的細(xì)胞將發(fā)育成胚胎。一個(gè)細(xì)胞是否成為胚胎或滋養(yǎng)層細(xì)胞，完全取決于壓縮作用后細(xì)胞所處的位置是位于外周還是內(nèi)部。當(dāng)前45頁，總共65頁。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中的每個(gè)分裂球均能產(chǎn)生身體中任何細(xì)胞類型。當(dāng)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞被分離，并在一定條件下生長時(shí)，它們會(huì)在培養(yǎng)過程中保持為分化的特征，并可持續(xù)不斷地分裂，這些細(xì)胞被稱為胚胎干細(xì)胞（embryostemcell）。利用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行基因敲除（geneknock-out）和構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)物已經(jīng)成為一種非常重要的、用于研究哺乳動(dòng)物發(fā)育過程中基因功能的手段。當(dāng)前46頁，總共65頁。

Makingaknockoutmouse:Stage1,creatingstemcellswithaninterruptedgene.Stage2,placingtheinterruptedgeneintheanimal.當(dāng)前47頁，總共65頁。當(dāng)前48頁，總共65頁。當(dāng)前49頁，總共65頁。當(dāng)前50頁，總共65頁。當(dāng)前51頁，總共65頁。當(dāng)前52頁，總共65頁。當(dāng)前53頁，總共65頁。當(dāng)前54頁，總共65頁。當(dāng)前55頁，總共65頁。當(dāng)前56頁，總共65頁。當(dāng)前57頁，總共65頁。人類同卵雙胞胎的形成與胚胎外膜相關(guān)的時(shí)序示意圖。A，滋養(yǎng)層形成之前；B，滋養(yǎng)層形成之后，羊膜形成之前；C，羊膜形成之后。當(dāng)前58頁，總共65頁。5.盤狀卵裂魚類的多卵黃卵的發(fā)育與鳥類相似，細(xì)胞分裂僅僅在動(dòng)物極胚盤中發(fā)生。早期卵裂伴隨著高度重復(fù)的經(jīng)裂－緯裂模式，分裂速度很快。最初的幾次分裂同步發(fā)生，形成一堆屹立在卵細(xì)胞動(dòng)物極的細(xì)胞。約從第10次分裂開始，中期囊胚進(jìn)入由母型調(diào)控向合子型調(diào)控的過渡期。當(dāng)前59頁，總共65頁。斑馬魚的盤狀卵裂過程當(dāng)前60頁，總共65頁。斑馬魚囊胚細(xì)胞的命運(yùn)圖當(dāng)前61頁，總共65頁。6.表面卵裂昆蟲受精卵行表面卵裂。由于大量的卵黃位于卵的中央，因此卵裂被限制在卵的外圍卵質(zhì)中。表面卵裂的特征是，直到核已經(jīng)分裂，細(xì)胞還不能形成。合子型的核于卵的中央部分進(jìn)行多次的有絲分裂，形成多達(dá)256各細(xì)胞核。然后細(xì)胞核遷移至卵的四周，這時(shí)的胚胎稱為合胞體層（syncytialblastoderm），意指所有