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1、第十二章 早期发育的机制,一、卵裂机制二、细胞质定域与调节分化的关系三、卵裂球命运的决定四、早期发育的基因表达五、胚胎移植简介,03级16次,04级14次,第一节 卵裂机制,卵裂速度有差异:蛙 受精卵 15C 发育 43 小时后 约 33000 个细胞 兔 受精卵 37C 发育 43 小时后 约 32 个细胞 鼠 受精卵 37C 发育 43 小时后 约 8 个细胞 人 受精卵 37C 发育 43 小时后 约 2 个细胞,提出问题,为什么？,什么因素调控卵裂速度？无疑是基因组。但：是核内基因调控还是细胞质内基因调控的？卵裂过程中细胞核与质是什么关系？-卵裂机制问题,卵裂速度受到卵母细胞质的影响,
2、例如：取两种早期卵裂速度不同的动物做实验 以一种动物的卵与另一品种动物的精子杂交。结果在卵裂时母系卵裂速度占优势。,说明在受精前卵细胞质已由基因组编制程序，使得分裂恒定在一定的速度水平。,甚至在受精前，使卵子去核后，卵裂仍以正常速度进行。,观察结果：,当卵裂达到体细胞的核质比例时分裂速度就降下来。,分析认为:核质比例可能决定卵裂期细胞分裂的速度,结论:卵裂过程中细胞核的分裂和细胞质的分裂,是两个并行而又各自相对独立的过程.,一、细胞核分裂,核分裂主要是有丝分裂器的作用,使子核分到两个子细胞中.,有丝分裂器主要出现在分裂中期.,细胞核分裂中有丝分裂器在卵裂中的作用？,不同动物,第一次卵裂时,由于
3、核的位置不同,因而,卵裂沟出现的位点也不同.有的近动物极,有的位于中央.,如果在卵裂沟的位点没有确定之前,改变星光的位置,卵裂沟的位置也会改变.如:用玻璃球压迫海胆受精卵,转移星光的位置实验.,实验证明:有丝分裂器与卵裂沟的生成位置密切相关,星光的位置可以决定卵裂沟的位点,卵裂沟产生在两个星光的等距离位置,一旦卵裂沟的位点确定,有丝分裂器的作用就不存在了.,二、细胞质分裂,研究结果证明:卵裂沟周围由微丝组成,微丝提供了卵裂沟 收缩的动力.微丝由肌动蛋白和肌球蛋白组成.,细胞质的分裂集中表现在分裂沟的形成上.,07级14次,总结卵裂机制:,卵裂,细胞核分裂:有丝分裂器的作用细胞质分裂:(1)分裂
4、物质已在分裂前合成;(2)星光决定分裂沟的位点;(3)细胞质分裂的结构基础是微丝.(肌动蛋白和肌球蛋白相互作用）,核质关系:卵裂过程中细胞核的分裂和细胞质的分裂,是两个并行而又各自相对独立的过程.,第二节 细胞质定域与调节分化的关系,在受精卵细胞质中物质的分布具有不均匀性,在很大程度上决定着发育中的细胞的早期分化.,细胞质定域:特殊物质在受精卵中的特殊定位,以及卵裂时对各个子细胞分配的不均匀性.,05级15次,一、具有形态特征的定域,海鞘：受精卵表面有黄色新月和灰色新月形态特征,两区未来发育分化方向不同.,说明特殊卵质与发育中细胞分化有重要的调节关系,不能获得黄色新月的卵质物质则不能发育为中胚
5、层，不能获得灰色新月的卵质物质则不能发育为神经组织和脊索。,角贝:在卵裂中出现极叶(形态特征),极叶物质决定中胚层形成,如手术去除极叶,中胚层则不能形成.,说明特殊卵质与发育中细胞分化有重要的调节关系,二、细胞质定域的重新排列,并不是所有动物细胞质定域都在受精卵中确定的，而是在卵裂中逐渐重新确立的，如：栉水母,栉水母幼虫鞭毛上有：栉板和发光细胞,栉板:体表有8行纵行栉板，每节栉板由纤毛组成,说明:栉水母的细胞质定域并不预先存在于受精卵,而是在卵裂 中确定的,所以栉水母卵裂期也是决定子重新排列的活动期.,三、生殖细胞因素的定域,生殖质(极质)-原生殖细胞-生殖细胞,四、调整型胚胎发育的定域,胚胎
6、发育可分为:镶嵌型发育(镶嵌型卵)如 海鞘,角贝等;调整型发育(调整型卵)如海胆,两栖类.,调整型卵有特殊细胞质定域吗?,调整型发育:分离2 细胞时期卵裂球,细胞可调整发育到成体.但如分离 8 细胞时期的卵裂球,细胞则不能发育成正常个体.调整型胚胎发育的调整能力是有限的,这是因为调整型胚胎也具有形态发生的决定子定域.只是第一、第二次卵裂后内含的决定子均匀分配到了卵裂球中。,形态发生的决定子（特殊细胞质）是决定细胞分化的特殊因子,五、哺乳动物卵裂球命运的决定,哺乳动物的卵是调整型卵,没有明显的细胞质定域.,提出问题,哺乳动物早期胚胎细胞分化成滋胚层和内胚团两类细胞,其未来分化方向截然不同.这是由
7、内部因子(基因)决定的呢?还是由外部因子(胚外环境)决定的呢?,(一)卵裂球发育方向的决定,有学者提出,卵裂球分化方向是由其所在的位置决定的.,有人用鼠的胚胎做了这样的实验:,证明:内胚团和滋胚层细胞的决定不是由预先已存在的细胞质决定子决定的,而是由发育过程中的某些条件(位置)决定的.,有人用两个不同品系(黑白)的鼠胚胎做了嵌合体鼠的实验:,说明:哺乳类卵裂期,卵裂球的命运没有确定,位置决定发育方向.,更有说服力的嵌合体鼠的实验:,实验说明：嵌合在中间的供体白鼠细胞发育成了内胚团,进而发育成了胚体。进一步证明细胞的位置决定发育方向。,实验结果证明:哺乳动物胚胎卵裂期的卵裂球发育的命运 没有确定
8、,发育的方向决定于卵裂球在多细胞 团中的相关位置,即外部因素作用的结果.(或者说,卵裂球发育的方向取决于环境因素),(二)非胚胎细胞的发育潜能,实验说明癌细胞的恶性特征基因表达可以被正常细胞分化的基因表达所取代,导致正常的细胞分化.同时,进一步证明了哺乳类胚胎发育的调整能力,也证明了非胚胎细胞具有发育潜能.,实验 1.,实验 2.,说明癌细胞基因得到了表达,而人的基因是否参与表达尚未得到确定.,白色被毛占20%,实验结果证明:哺乳动物胚胎卵裂期的卵裂球发育的命运 没有确定,发育的方向决定于卵裂球在多细胞 团中的相关位置,即外部因素作用的结果.(或者说,卵裂球发育的方向取决于环境因素)同时,进一
9、步证明了哺乳类胚胎发育的调整 能力,也证明了非胚胎细胞具有发育潜能。,06级15次,第三节 早期发育的基因表达,卵子受精后开始发育,整个发育过程都是由基因控制的,在发育的各个时期,基因表达导致各种发育性状的出现.,提出问题,人的体细胞周期图示,人体宫颈癌（HeLa）细胞培养,人的体细胞周期与胚胎卵裂的细胞周期比较,胚胎发育早期卵裂的细胞周期中,往往缺少G1 G2 期.,胚胎卵裂的细胞周期,胚胎发育早期卵裂的细胞周期中,往往缺少G1 G2 期.,一、母体基因的调节,卵母细胞进入减数分裂前的基因组-母体基因(卵子基因),母体基因在卵母细胞进入减数分裂前即进行了转录,并将转录合成的绝大多数物质(包括
10、 mRNA,rRNA,tRNA)贮存在卵母细胞之中,在早期发育(卵裂)过程中被逐步的利用(转译),合成决定发育方向(分化方向)的特殊物质.,实验证明如下:,证明实验(1)海胆无核卵的卵裂实验:,说明无核卵可以发育,在特殊细胞质物质指导下发育.,证明实验(2)豹蛙去核卵的发育,说明无核卵可以发育,在特殊细胞质物质指导下发育.,证明实验(3)椎实螺螺壳旋向的实验观察分析,椎实螺螺壳旋向取决于卵裂初期纺锤体的方向，而纺锤体的方向决定于卵质中母体基因的表达。,说明发育早期是受细胞质(母体基因)的指导,子代旋向取决于母体基因型母体基因型决定子代旋向。,总结:实验说明,胚胎发育早期是受细胞质的指导,而不是
11、合子基因组的控制.没有细胞核的合子能进行早期发育,这表明这种发育的信息在卵子发生中就已经贮备了.在卵裂期的发育是母体基因的表达,而不是合子基因的表达,这称为母体效应.,二、早期胚胎发育的蛋白质合成,卵裂的实质反应在蛋白质的变化上.一方面要消耗蛋白质,另一方面要合成大量的各种蛋白质.,1.蛋白质的合成,与快速卵裂相关的蛋白质 如:构成染色体的组蛋白;形成卵裂沟的微丝肌动蛋白;构成有丝分裂器的微管蛋白;形成卵裂球新质膜的各种蛋白;代谢所需要的各种酶类等.,07级15次,卵裂蛋白质合成的指导信息来自卵细胞质中预存的 mRNA,卵源性mRNA:在卵子发生时转录合成的mRNA,贮存在卵母细胞质中,并在卵
12、裂时转译合成蛋白质,这些mRNA称卵源性mRNA.,前述实验已经证明了发育初期蛋白质的合成基于卵源性mRNA的表达.,2.蛋白质合成的抑制,卵源性mRNA在受精前不能表达,可能受到某种因素的抑制.,总之,在未受精卵内贮存的mRNA是处于不活动的被抑制状态,不能表达,而只有受精后才能解除抑制实现表达,合成蛋白质.,3.贮存mRNA的激活,三、合子基因组转录的开始和控制,受精以后,由父本和母本基因结合而形成的新的基因组-合子基因(胚胎基因),发育初期,蛋白质的合成受卵源性mRNA的指导,随着发育的进行,卵源性mRNA不断被消耗,合子基因组逐渐开始转录合成新的mRNA,并转译合成蛋白质,从而使发育过
13、程由预存的信息(卵源性mRNA)控制逐渐转变为由胚胎细胞核产生的胚胎性mRNA控制.,05级16次,控制的转变是逐渐过渡的.一般低等动物在囊胚期过渡.,四、哺乳动物早期发育的基因表达,主要特点：母体基因控制发育的时间短.(鼠到 2细胞期,兔到 8细胞期)胚胎基因早期即开始表达控制发育.,这是哺乳动物与非哺乳动物早期发育基因表达的重要区别.,所以:哺乳动物胚胎发育慢,胚胎期时间较长.非哺乳动物胚胎发育快,胚胎期时间较短.,第四节 胚胎移植简介,胚胎移植有两种情况,(2)试管婴儿,胚胎移植的要点,供体超数排卵 用激素处理(绒毛膜促性腺激素)(作用同促性腺激素),以使供体排出多于正常的卵子;受体同期发情 用激素处理(孕激素,雌激素),以使受体接受着床实现人为控制;3.胚胎采集和保存(1)胚胎采集:外科手术法;非外科手术法.(2)胚胎保存:借体保存;低温保存(0C以上-37C以下);超低温保存(液氮-196C).,
