发育生物学复习资料

一、 名词解释 1、发育动物学：应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学，主要研究多 细胞生物体从生殖细胞的发生、受精到胚胎发育、生长、衰老和死亡。 2、发育：指生命现象的发展、生物有机体的自我构建和自我组织。 3、定型：细胞分化在表现出明显形态和功能变化之前，发生隐性变化，使细胞 命运朝特定方向发展的过程。 4、镶嵌型发育：以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式。 5、调整型发育：以细胞渐进特化为特点的胚胎发育模式。 6、形态发生决定子：自主特化裂球含有特定的细胞质，其中具有影响细胞发育 命运的分子。 7、细胞分化：多细胞有机体的细胞从简单、原始的状态到复杂和异样化的方向 发展的过程。 8、信号转导：靶细胞通过特异性受体识别细胞外信号 9、生殖质：是卵中有一定形态结构和特殊定位的细胞分子，并把细胞外信号分 子转变为细胞内信号，引起细胞发生反应的过程。质，主要由蛋白质和 RNA 构成。 10、 精子获能：指射出的精子在若干生殖道获能因子作用下，精子膜发生一 系列变化，进而产生生化和运动方式的改变。 11、 顶体反应：是指精子获能后，与卵相遇时，顶体开始产生的一系列改变。 12、 透明带反应：哺乳动物不形成受精膜，但皮质颗粒中释放的酶对透明带 中的精子受体分子进行修饰，使之丧失与精子结合的能力，因此，称为透明 带反应。 13、 精子发生：是指由前体原生殖细胞发育到精原细胞，再到成熟精子并排 出体外的过程。发生过程在支持细胞的深凹处。 14、 卵子发生：是指由原始生殖细胞发育成卵原细胞，再由卵原细胞发育为 成熟卵子的整个过程。 15、 卵裂：受精卵经过一系列的细胞分裂将体积极大的卵子细胞质分割成 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。处于卵 裂期的细胞叫做卵裂球。 16、 促成熟因子（MPF）：由孕酮刺激产生并诱导恢复减数分裂的因子，是 由两个亚单位（Cdc2 和 CyclinB）构成。 17、 原肠作用：是指动物胚胎发育到囊胚后期开始进行的一系列细胞运动和 细胞重排的形态发生运动。 18、 干细胞：是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，也属于全能干细胞。 19、 受精：是两性细胞融合并创造出具备双亲遗传潜能的新个体的过程。 20、 原肠胚：由囊胚继续发育，由原始的单胚层细胞发育成双胚层或三胚层 结构的胚胎，称为原肠胚。 21、 原肠作用（gastrulation）是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程， 通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。原肠形成期间，囊胚细胞彼此之间 的位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。 22、 胎盘：主要由胚胎滋养层细胞核内细胞团形成的中胚层细胞发育而来。 二、 填空 1、细胞定型的三种方式：自主特化、有条件特化和合胞体特化。 2、胚胎发育的两种模型：镶嵌型发育、调整型发育。 3、根据细胞表形将细胞分为 3 类：全能细胞、多能细胞和分化细胞。 4、细胞分化是基因选择性表达。 5、大量遗传学、胚胎学和分子生物学的证据表明：在一般情况下，同一有机体 的多种不同组织细胞具有完全相同的基因组。 6、顺式作用元件主要有启动子、增强子；主要的反式作用因子是转录因子。 7、小鼠从生殖干细胞到成熟精子的全部发育过程约需 34.5 天；人类精子的发 育约需要 74 天才能完成。 8、卵子类型：均黄卵、端黄卵、中黄卵、间黄卵。 9、阻止多精受精反应的物质：透明带、皮质、卵黄膜。 10、 多精受精不一定引起胚胎死亡。 11、 决定卵裂方式的因素：卵质卵黄的含量及其分布情况；卵质中影响纺锤 体方位、角度和形成时间的一些因子。 12、 周期蛋白是控制细胞分裂和细胞分化的导向标。 13、 原肠作用的运动包括内陷、内卷、下包、迁移、集中和延伸。 14、 心区细胞命运的既定是一个渐进过程，先是心室，后是心房。 15、 传统干细胞概念的两个特性：自我更新和产生分化后代。 16、 根据干细胞所处的发育阶段，将干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞； 根据干细胞的发育潜能分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。 17、 精子获能的位置：精液储存于子宫的物种，获能主要发生在输卵管； 精液储存于阴道中的物种如人和兔，获能从阴道开 始。 三、 简答 1、差异表达基因的调控主要通过那几个水平进行？ 答：（1）基因的差异转录；（2）RNA 前体的加工；（3）mRNA 的选择翻译； （4）差异蛋白质的加工。 2、参与早期胚胎发育的信号调节途径有哪些？请简述各途径。 答：（1）TGF 信号途径。 TGF 配体与类受体（TR-）结合，进而 TGF类受体（TR-）也被募集到这一复合体中，TR-会磷酸化 TR- 的 GS 区域并使其活化。TGF类受体被激活后可磷酸化 R-Smad,R-Smad 具 有特异性，BMP 受体可激活 Smad1,5,8 而 Activin 可激活 Smad2，3。R-Smad 被 活化后与 co-Smad 形成复合体并转运至细胞核内并调节靶基因的表达。 （2）Wnt 信号途径。 Wnt/-catenin 途径当 Wnt 配子与 Fz/LRP6 结合时，诱导 Axin 与 LRP6 膜内部分结合，使得蛋白复合体解聚，同时 Fz 可通 过 Dsh 抑制 GSK3 的活性，当这一途径被活化，-catenin 不能再被降解而在 细胞质中累积，并进入细胞核内，与 T 细胞因子家族的转录因子一起激活靶基 因的转录。 Wnt/JNK 途径Wnt/FZ 通过 Dsh 同时激活 Rac 和 RhoA，其中 对 RhoA 的激活需要 Daam1 的作用。Rac 进而激活 JNK，而 RhoA 则激活 Rock。JNK 和 Rock 再激活其下游效应因子，最终引起细胞骨架的重排和转录水 平的变化。 （3）Hedgehog 信号途径。 当没有 Hh 配体时，Smo 没有活性，Ci 蛋白与 Cos2(一种微管结合蛋白)、Fused（一种激酶）和 Su（一种胞质蛋白）形成一 个复合体并结合于微管上。Ci 进而被 PKA 磷酸化并 Slimb 依赖性的被蛋白酶水 解，其分解产物进入细胞核抑制 Hh 靶基因的转录。而当 Hh 与 Ptc 结合时，Ptc 发生构象变化，对 Smo 的抑制作用解除，Smo 的活化和促进 Cos2/ Fused/Su 复 合体的磷酸化而从微管上解离下来，同时抑制 PKA 活性，从而抑制 Ci 的裂解， 完整的 Ci 可以进入细胞核并结合转录激活辅助因子 CBP，激活相应 Hh 靶基因 的表达。 （4）Notch 信号途径。 在高尔基体中，Notch 被 Furin 类转化酶水解为 两个部分，两者之间通过非共价键形成异源二聚体并被转运到细胞膜表面。当 DSL 配体与 Notch 结合时会诱发 Notch 发生两次断裂，第一次发生在膜外靠近 细胞膜的地方，是由 TACE 类跨膜金属蛋白催化的。紧接着，在 Notch 跨膜区中 间发生第三次断裂，这一过程是由跨膜的 Presenilin 类 -分泌酶介导的。第 三次断裂后产生的游离的 Notch 胞内部分称为 Notch 内细胞内区域（NICD） ， NICD 进而被转运至细胞核内，并与 CSL 家族转录因子结合，激活 Notch 靶基因 的表达， （5）酪氨酸激酶受体信号途径 RTK（酪氨酸激酶受体）被磷酸化后会 结合一种 SH2 结构域的接头蛋白 Grb2。SH2 结构域可以识别并结合磷酸化的酪 氨酸残基。Grb2 可结合一种鸟氨酸置换因子 Sos，而 Sos 可以活化 G 蛋白 Ras。Ras 被活化后会激活一种 MAPKKKRaf，Raf 进而激活 MAPK 激酶 MEK,MEK 进一步激活 ERK。活化的 ERK 可以进入细胞核并磷酸化多种转因子，进 而调节其转录活性。ERK 也可磷酸化细胞质中的靶蛋白，如 Ser/Thr 蛋白激酶 Rsk,活化的 Rsk 可以进入细胞核而调节部分转录因子的活性。 （其中,MAPK 即丝 裂原激活的蛋白激酶。 ） （6）JAK-ATAT 信号途径。 STAT 的活化是由 JAK 完成的。JAK 与相应受 体结合。相应配体与受体结合时，会引起受体的二聚化，使得与膜受体结合的 两个 JAK 分子接近而发生磷酸化。活化的 JAK 可磷酸化相应受体膜内部分的一 些酪氨酸激酶，为 STAT 提供结合位点。STAT 进而与膜受体结合，被 JAK 磷酸 化而激活。 （7）视黄酸信号途径。 视黄酸受体以二聚体形式结合 DNA，它们既可以 形成同源二聚体，也可以形成异源二聚体。不同的二聚体组合识别的 DNA 序列 略有不同，从而调节不同靶基因的表达。视黄酸受体不论与配体结合与否都可 以结合 DNA，但在配体不存在时，视黄酸受体结合一类转录抑制因子。从而抑 制靶基因的转录。当视黄酸受体与配体结合时，由于其构象的改变，会转而结 合一类转录激活因子，从而激活靶基因的表达。 3、发育生物学的模式生物有哪些？有什么共同特征？ 答：常见模式生物：酵母、线虫、果蝇、海胆、斑马鱼、非洲爪蟾、小鼠、哺 乳类等。 线虫：它是唯一一个身体中的所有细胞能被逐个盘 点并各归其类的生物。 斑马鱼：产卵量多，繁殖迅速，胚胎通体透明，是进行胚胎发育机理和基 因组研 究的好材料。 共同特征：取材方便；胚胎具有较强的可操作性；可进行遗传学研究。 4、非洲爪蟾、鸡、小鼠和果蝇等模式生物的优缺点； 答：、非洲爪蟾：优点：性成熟短、取卵方便、卵体大、易于操作、抗感染 力强、易于组 织移植；缺点：生命周期长、异源四倍体，不易于进行遗传学研究。 、鸡：优点：鸡的胚胎发育与哺乳动物更接近、鸡胚在体外发育，相比 哺乳动物更容易进行、实验研究手段成熟、鸡的基因测序已完成； 、小鼠：优点：胚胎发育过程与人相近，可作为人类疾病动物模型、易 繁殖和饲 养，价廉，操作方便、繁殖不受季节影响、基因组测序已完成、遗传 学背景清楚、遗传学手段较完善、是唯一可以进行基因敲除实验 的脊椎动物缺 点：胚胎在母体内发育、胚胎个体小、 实验操作难 、果蝇：优点：生命周期短、个体小易饲养、卵体大、发育速度快。 5、常用发育生物学研究技术？ 答：（1）显微镜技术；（2）组织切片技术；（3）分子生物学技术；（4）原 位杂交技术；（5）显微注射；（6）报告基因技术；（7）细胞标记技术； （8）DNA 芯片技术；（9）系统生物学技术。 6、精子发生与卵子发生的比较？ 答：（1）共同点： 经过减数分裂，染色体数目减半，同源染色体间发生交 换、重组； 发生了广泛的形态学分化： 精子：鞭毛生长、核凝缩、细胞质外排和顶体泡形成； 卵子：大小剧增、营养积聚、外壳保护层形成、皮质颗粒 组装； 受精未发生之前，均不能长时间存活。 （2）不同点： 卵细胞含有启动发育和维持代谢所需要的全部元件。 卵母细胞有一个很长的减数分裂前期，使卵母细胞充分生 长。 产卵量大的动物，卵原细胞在整个生命周期中能够分裂产 生大量的生殖干细胞； 产卵量少的动物，卵原细胞的增殖只发生在早期，形成一 定数量的前体细胞。 卵母细胞减数分裂 2 次，是不均等分裂。 7、原肠胚形成的作用结果和细胞运动方式； 作用结果：、通过原肠作用，胚胎建立内、中、外三个胚层 、为重新占有新位置的胚胎细胞之间的相互作用（胚胎诱导）奠定基础 、是胚胎从尚未分化到分化为三个胚层和器官原基决定的关键时期 、细胞运动涉及整个胚胎 、动物身体主轴在卵裂和原肠作用期间建立，胚胎细胞获得各自发育的潜 力 、细胞核控制细胞分化的作用日益明显。胚胎细胞开始合成新的各种类型 RNA 和专一型蛋白质 运动方式：内陷、内卷、下包、迁移、集中和延伸。 8、两栖类原肠的形成过程； 、瓶状细胞的内陷引发原肠运动 、边缘区细胞内卷 、预定脊索中胚层细胞的集中于延伸 、预定外胚层细胞的外包 9、鸟类和哺乳动物的原肠形成过程； 鸟类：、下胚层和上胚层的形成 、原条的形成 、通过原条的细胞迁移内胚层和中胚层形成 、原条回缩 哺乳动物：、下胚层形成 、上胚层和羊膜腔的形成 、滋养层细胞分裂形成细胞滋养层和合胞体滋养层 、胚盘和卵黄囊的形成 、胚外中胚层和胚外体腔的形成 、原条的形成 、三胚层胚盘形成 10、神经胚形成的概念与方式； 概念：胚胎神经外胚层形成中枢神经系统原基即神经管的过程。 方式：初级神经胚形成、次级神经胚形成。 （1）初级神经胚形成 脊索中胚层指导上方的外胚层形成中空的神经管，后者将来分化成脑和脊髓。 初级神经胚形成过程中，最初的外胚层形成三种类型的细胞：位于内部的神经 管细胞，将来分化成脑和脊髓；位于外部的皮肤表皮细胞；神经嵴细胞，它从 神经管和表皮连接处迁移出来，将来形成周围神经元和神经胶质、皮肤的色素 细胞和其他类型的细胞。 神经板形成 位于背中线处预定形成神经组织的外胚层细胞变长，而预定形成表皮的 细胞则变得更加扁平，使预定神经区上升到周围外胚层的上面，由此形 成神经板（neural plate） 。 神经底板形成 躯干神经底板具有独立起源，是由亨氏节一部分细胞“插入”神经板中 央形成。 神经板的整形和弯曲 神经板最主要的整形作用是通过位于脊索上面的神经板中线细胞实现的， 这些细胞被称为中间铰合点（median hinge point，MHP） ，它们由亨氏节前端 中线细胞衍生而来。 神经板的弯曲通过神经板细胞内在力量的作用而实现，同时外胚层细胞 为神经管的弯曲提供另一种动力。 神经管闭合 左右神经褶被牵引到背中线结合到一起，神经管随即闭合 神经沟闭合形成神经管 神经管最终形成一个与表面外胚层分离的闭合的圆柱体。 （2）次级神经胚形成 次级神经胚形成可以看作是原肠作用的继续，只是背唇细胞并没有内卷到胚 胎内部，而是在腹面不断生长。次级神经胚形成包括髓索（medullary cord） 形成及其随后空洞化成为神经管。 11、心脏发育的主要阶段； 、预定心脏形成区的形成 、心脏形成细胞的分化 、两个心脏原基合拢形成心管 、心脏腔室的分隔，心脏四腔的形成 12、干细胞的类型及其研究与应用？ 答：干细胞是原始且未特化的细胞，它是未充分分化、具有再生各种组织器官 的潜在功能。 干细胞类型：（1）胚胎性干细胞，有畸胎瘤干细胞（EC 细胞） 、胚胎干细胞 （ES 细胞） 、胚胎生殖干细胞（EG 细胞） （2）组织性干细胞，有神经干细胞、骨髓间质干细胞、造血干细胞、 胰腺干细胞 研究与应用：（1）基础研究。在基础研究方面，多功能干细胞的研究能帮 助人类了解，从一个受精卵细胞到发展成一个婴儿如此复杂的过程中所发生的 事件，最主要的工作在于找到细胞发展过程中的决定因子。 （2）药物研究。药物开发过程中，药物安全性的分析，亦可由特定干细胞或由 干细胞分化的专一细胞作为试验的标的，而非传统上必须进行耗时费力又昂贵 的动物实验。 （3）器官移植。干细胞有可能产生新的细胞、组织或是器官。 13、如何获得试管婴儿?（三种途径） 体外受精 1)从成熟的父母个体中获得成熟的精子和卵子 2)在显微镜下挑出最好的精子和卵子 3)将其放在 37 度培养箱中培养 18 天左右,让精子和卵子结合,若精子的能力不 足以结合卵子,用显微注射的方法将精子注入卵子 4)将获得的受精卵在体外培养 3 到 5 天后移入母体 5)母体经过正常的孕周期后分娩 体细胞克隆 生物体通过无性繁殖所生成的群体或个体称为克隆，由动物体内一个细胞经过 无性生殖过程进而发育形成的动物个体为克隆动物。 体细胞克隆即取出一个双 倍体细胞核移入一个去核的卵细胞，并在一定条件下进行核卵重组，再植入代 孕母体中发育成新个体的过程。供体细胞均来自高度分化的体细胞，其种类繁 多、数量无限。 操作过程： （1）供体细胞系的建立 （2）供体细胞的同期化处理 （3）卵母细胞的体外成熟 （4）卵母细胞核的去除 （5）供体核的移植 （6）供体细胞与去核卵的融合 （7）重构胚的体外激活 （8）重构胚的体外发育 （9）胚胎移植受体的同期化处理 （10）胚胎移植 （11）妊娠检查 （12）克隆动物出生 （13）进行 DNA 亲子鉴定 胚胎克隆从理论上讲胚胎克隆即把供体胚胎解离成单个卵裂球,然后将它 们与去核的受体卵母细胞进行融合。一旦这种高效的将供体卵裂球细胞核移入 受体卵细胞质的方法取得成功,细胞核将重新编码,指导与供体胚胎遗传同质个 体的发育。 14、 卵裂的方式：（1）完全卵裂：卵裂面将受精卵完全分开，卵裂球大小相 差不多。(有辐射型卵裂、螺旋型卵裂、两侧对称型卵裂、不规则型卵裂、双边 均裂) （2）不完全卵裂：卵裂面不能通过整个卵，卵裂仅在卵的细 胞质部分进行。(有双边不均裂、盘状卵裂、表面卵裂) 15、卵裂的主要特点：（1）分裂周期短； （2）分裂球的体积下降：海胆胚胎 的质/核比由 550 降至 6； （3）早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态； （ 4）卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。 补充： 1、发育的概念与特征，概念：是生命现象的发展，是有机体以遗传信息为基础 进行的自我组织和自我构建，是遗传信息按一定的时间、空间和次序表达的结 果。 特征：、发育有严格的次序性；、发育不是个别基因的表达，而是众多基 因在时间和空间上的联系与配合。 2、生殖细胞的起源；、源自生殖质或类似性质物质的细胞；、源自体细胞 3、生殖细胞定向分化的两种决定。 答：（1）第一种决定是生殖干细胞进入减数分裂进行配子发生还是继续进行 有丝分裂增殖生殖干细胞； （2）第二种决定是进行减数分裂的细胞发育成卵子还是精子。 4、原生殖细胞（PGC）和生殖质的概念；原生殖细胞（PGC）：胚胎发育初期能 形成生殖细胞的细胞，PGC 只有经过迁移，进入发 育中的生殖嵴（生殖腺原基） 才能分化成生殖细胞。 生殖质：有些动物受精卵中存在的与生殖细胞发生相关的特殊细胞质成分， 主要是蛋白和 RNA 构成的颗粒体结构，是新一代生殖细胞的发源处。 5、原生殖细胞的迁移特点； 、PGC 只有经过迁移，进人发育中的生殖嵴 （生殖腺原基） 才能分化为生殖细胞。、PGC 迁移路线随动物类群不同而不同。 6、精子和卵子的结构？ 答：卵子的结构: 放射冠、透明带、卵细胞膜、卵细胞质、核。 （成熟卵子中合 成和吸收了大量的物质，包括大量的蛋白质、核糖体和 tRNA、mRNA、形态发生 因子以及保护性化学物质，为以后的生长和发育奠定了基础。 ） 精子的结构：头部、中部（颈部） 、尾部 7、受精过程中几个重要的事件：精子与卵子的接触与识别、精子入卵、精子与 卵子、遗传物质的融合以及卵子的激活和发育开始。 8、精子和卵子的相互作用主要分为 5 个步骤：(精卵识别机制) 1. 精子的趋 化性；2. 精子的顶体反应，释放水解酶；3. 精子与卵子外围的卵黄膜（透明 带）结合 ；4. 精子穿过卵外的结构；5. 精卵细胞质膜的融合。 9、哺乳动物的精卵识别: 哺乳动物精卵的特异性识别发生在卵细胞的透明带 部分。小鼠透明带中含有 ZP3 糖蛋白，它与 ZP1、ZP2 以网状的骨架结构存在 于透明带中。ZP3 能结合精子，并引发顶体反应。 第一次卵裂的位置不是随机 的，而是由精子的进入点和卵质的旋转方向所决定的。 10、精卵识别的过程：（1）精卵靠近：精子在卵细胞释放的吸引物质的作用下 游向卵细胞。 （2）顶体反应：Ca2+的作用下，顶体中的水解酶释放，使卵细 胞外包被的胶膜成分降解，精子穿过胶膜。(3)识别：精子突起的结合蛋白 (Bindin) 与在卵黄膜上的 Bindin 受体相互识别，然后与卵细胞膜融合，精核 进入卵细胞中。 11、精子形成过程中主要发生哪些变化；、细胞核变化：鱼精蛋白代替组蛋 白，层状包裹 DNA；核浓缩，体积减小；重塑成流线型；、细胞器变化：高 尔基体顶体；中心粒：近端中心粒基粒和远端中心粒轴丝；线粒体螺 旋状线粒体鞘 ；余胞质残余体（被支持细胞吸收） 12、精子发生的特点有哪些？ 、精原细胞在胚胎时期形成后进入休眠期，性成熟后启动精子发生。 、精原细胞是干细胞。 、胞桥相连 、从管壁到管腔形成不同发育成熟度的精子分布。 、减数分裂前期变化复杂，发生同源染色体联会、交叉、交换等过程。 、初级精母细胞最后形成 4 个精子细胞。 、精子细胞在附睾内成熟和活化，最后形成精子。 13、卵子结构特征； 体积：大，是精子体积的 1 万倍以上 卵质：含蛋白质、RNA、保护性化学物质和形态形成因子 卵核：单倍体 质膜：受精是可调控特定离子在卵子内外流动 卵黄膜（透明带）：识别同一物种精子 放射冠：营养卵子作用 14、 以哺乳动物为例说明精子与卵细胞发生的异同点： 共同点：卵子发生与精子发生均涉及到减数分裂。在减数分裂后，成熟的卵 子和精子为单倍体（n） 。 无论是卵子或精子，如果不受精，在体外则不能存 活较长时间。卵子发生与精子发生均涉及到广泛的形态变化 不同点：产生的配子数不同：精子发生过程中产生四个相同的精细胞，经分 化形成四个有功能的精子。卵子发生过程中，减数分裂是极不对称的，仅产生 一个含有所有细胞质的卵子和一些极体，这些泡状极体的作用是排出染色体。 胚胎发育的休眠和滞留期不同：精子发生过程只