发育生物学思考题1. 在对动物发育的学习中，掌握线虫、果蝇、斑马鱼、爪蟾、鸡、和小鼠的基本发育图案是重要的，请你用概括的文字，表述它们各自的发育过程。

①线虫：受精卵---（卵裂）---→胚胎----（孵化、发育、生长）---→成年线虫②果蝇：受精卵---（卵裂）---→胚盘----（原肠作用）---→胚胎----（孵化）---→幼虫----（第一、二、三龄过程）---→蛹----（变形发育）---→成熟果蝇③海胆：受精卵---（卵裂）---→囊胚----（原肠作用）---→原肠胚④斑马鱼：受精卵---（卵裂）---→囊胚---→球形胚----（原肠作用）---→50%下包---→尾芽期---→体节期---（器官形成、孵化）---→幼体---→成熟个体⑤爪蟾：受精卵---（卵裂）---→囊胚----（原肠作用）---→原肠胚---→神经胚---→尾芽期---→晚芽期---→蝌蚪----（变态发育）---→成体⑥鸡：受精卵---（卵裂）---→胚盘----（原肠作用）---→具有原条和亨氏节的结构----（发育）---→22体节阶段----（器官形成、孵化）小鸡----（发育）---→成熟小鸡⑦小鼠：受精卵---（卵裂）---→囊胚----（原肠作用、器官形成、胎儿生长发育、19~20 天发育）---→小鼠2. 请你谈一下目前人们对线虫、果蝇、两栖动物、哺乳动物生殖干细胞的决定和它们向生殖原基迁移方面的了解。

生殖干细胞的决定：①线虫：线虫原生殖细胞的命运决定于pie-1，缺失导致向体细胞分化②果蝇：果蝇中含有极质的极细胞将分化为原生殖细胞，决定果蝇原生殖细胞命运的基因有gern cell-less、nanos、polar granule component、oskar③两栖动物：生殖细胞命运也决定于生殖质，生殖质定位于卵的植物极，富含RNA和蛋白质④哺乳动物：生殖干细胞来源于原肠胚时期的上胚层，存在诱导信号BMP生殖原基迁移：①果蝇：原始生殖细胞起源于胚胎的后端，经后中肠穿过肠壁和中胚层，形成两个分离的队列，最终聚集在生殖腺中。

②两栖类：生殖质的迁移与kenesin-like protein有关。

迁移路线：植物极-囊胚腔腹内侧内层细胞形成PGCs（原生殖细胞）→幼虫后肠后部聚集→沿肠向背部迁移至中肠背部的生殖嵴中。

③哺乳动物：经过内胚层、尿囊、卵黄囊到达后肠，再沿后肠背壁向前迁移到达生殖嵴。

3. 请说明滋养细胞和滤泡细胞对未来果蝇胚胎发育信息构建的重要作用。

滋养细胞为卵细胞制造和提供mRNA 和核糖体和中心粒的工厂。

由于滋养细胞和滤泡细胞的分泌和诱导，使长椭圆形的卵细胞两端分别差异性的储存了Bicoid mRNA 和Nanos mRNA，并分别成阶梯型浓度递减，递增排列。

由于这种不同导致发育调节因子的非均一性分布奠定了头胸腹形成的基础。

果蝇中，Gurken mRNA在卵细胞一侧，滋养细胞转录形成Gurken 蛋白，激活后端滤泡细胞受体产生活化因子，活化因子激活卵细胞膜上蛋白激酶A，PKA使微管方向发生改变。

微管方向的改变带动细胞核和其周围的Gurken 信号到达前端，决定未来胚胎背部的定位。

分化信号传入到卵细胞中，使Cactus 蛋白磷酸化和降解，释放Dorsal 蛋白，从腹侧进入卵细胞核，指导未来胚胎腹面分化。

4. 请从今天对动物发育的了解，解释和说明1828年K.E.von Bare 提出的“高等动物的胚胎并不与低等动物成体结构相似，而是与低等动物的早期胚胎相似”的现象。

①比较不同的动物，共同的特征出现的要比特异性特征早。

②共同性低的特征来自于共同性高的特征③对于一个给定的物种而言，其向成体发育过程中，相对于其他生物差异将越来越大。

人的胚胎发育过程中，有过类似鱼的阶段，长出鳃裂，内脏如心脏也像鱼一样有两个腔。

他提出的这个理论是想说明胚胎发育是一个从简单到复杂，从同质到异质，从普通到特殊的过程。

在胚胎发育的早期各个生物都是都是简单，同质，所以才出现相似的形态。

5. 在保证受精的专一性方面，动物采取的措施是什么？请结合例子加以说明。

①精子在受精中的主要作用是激活卵子并为卵子提供单倍体的核②绝大多数动物为单精入卵（有尾两栖类、鸟类等为生理性多精入卵，仅一个形成雄原核，并与雌原核结合）。

受精过程通常是一个大量精子参与的活动，在这个过程中，卵细胞凭借两套机制阻挡多余精子入卵，即快封闭反应（膜电位变化）和慢封闭反应（皮层反应）6.早期卵裂与一般的细胞分裂有什么重要的不同？今天人们对造成这种区别的分子机制的了解是什么？①早期卵裂只有S期和M期，无生长期，分裂周期短，速度快。

②受精后早期胚胎细胞分裂的都是由贮存在卵内的母型mRNAs和蛋白质控制的。

卵裂周期受成熟促进因子（MPF）的控制；③分裂球的体积下降但胚胎总体积不变分子机制：胚胎早期细胞内储备大量母源前体MPF，细胞进行m-s分裂循环；当合子基因启动后细胞便逐渐进入正常的g1-s-g2-m分裂循环周期之中7. 比较果蝇与脊椎动物神经系统的形成与发育，指出它们各自的特点。

果蝇在原肠发生过程中，中胚层向胚胎内部套叠，使神经前体细胞位于胚胎腹侧，这时外胚层的神经母细胞开始进入胚胎深层，沿着腹部中线形成了中枢神经系统。

果蝇在原肠阶段时，神经组织几乎同时建立，这与脊椎动物不同，脊椎动物在原肠后形成神经胚的发育阶段。

先是中枢神经组织形成管状结构，成为神经管，出现在神经胚阶段。

中空的神经管是中枢神经系统发育的一个重大的进化。

有两种形式，分别形成初级神经管和次级神经管。

节肢动物的神经管在腹侧，脊椎动物的神经管在背侧。

脊椎动物背侧神经管的特化因子chordin蛋白和果蝇腹部的特化因子seg蛋白同源，脊椎动物腹部特化因子BMP-4与果蝇背部特化因子dpp蛋白同源。

8. 目前已知，近轴中胚层中什么基因的发育表达对脊椎动物体节形成有重要的关系？近轴中胚层前端首先出现Notch和Paraxis基因的表达，他们的产的物是转录调节因子，由于这两种基因的表达，使细胞分泌两种重要的细胞间质成分，纤连蛋白和钙粘蛋白，这两种物质对体节的形成发挥了重要的作用。

用注射反义寡核苷酸的方法，抑制其表达，将干扰体节的发生。

9. 脊椎动物体节是胚胎发育过程中出现的一种过渡性结构，而体节的进一步分化与其周围的脊索、神经管、背部外胚层的诱导有着密切的关系，请说明在这一过程中介入的重要基因和它们的主要作用。

体节的深入分化有赖于其与周围组织的相互作用，脊索和神经管底部细胞分泌的sonic hedgehog 蛋白使体节细胞中的pax1基因表达，使软骨细胞分化基因活化，这是椎骨形成的必要条件。

同时还能分泌一种Myod家族基因表达抑制因子i-mf,阻止了中胚层细胞向肌细胞分化。

来自神经管顶端和背部的外胚层分泌wnt,BMP4,myod,myof等转录调节因子，可活化肌肉分化基因，启动肌细胞的分化。

皮节的分化因子则是来自神经管的NT-3.10. 举例说明，在脊椎动物胚胎发育中表现出的左右轴向分化的基因控制现象。

⑴以小鼠为例，iv 和inv基因突变可改变左右的不对称性。

如iv基因突变将导致随机的定位于左边或者右边。

inv基因突变将导致几乎所有的对称器官发生定位的错误。

小鼠的lefty和nodal基因位于左侧板中胚层，并且这一过程出现在心管向右弯曲前。

但在纯合的inv基因突变中，lefty和nodal基因将位于右侧中胚层。

在iv突变中他俩的表达产物是TGF-β家族中的旁分泌素，可能影响原本处于对称状态的心管的发育。

⑵以小鸡为例，开始的时候，shh基因对称的表达于原节组织中，几小时后，shh基因只表达于原节的左侧。

另一个基因activin receptorⅡa只表达于原节的右侧，24小时后，shh基因停止表达，此时左侧出现了cnr-1基因，诱导心脏的不对称发育，这时如果分泌shh基因产物的细胞位于胚胎的右侧，则cnr-1基因将在左右两侧均表达，导致心脏的发育左右随机发生。

11. 简述脊椎动物肢体AER的形成过程和对这一过程分子生物学机制的了解。

在形态上，肢体首先以肢芽的形式出现在躯干的侧面。

中胚层分泌纤维母细胞生长因子（FGF8），使肢体区域表皮下的间质组织细胞增殖，但是FGF8只是产生了一种许可性的环境，而不是诱导肢芽发育的直接诱导者，还需外胚层的特定潜能性。

而具有这种特性的外胚层细胞位于背腹侧交界处，在间质组织细胞的诱导下，此处的外胚层形成顶端外胚层嵴（AER）的结构。

实验证明，在外胚层腹侧背部化的突变体中，AER不形成。

而将腹侧外胚层组织移到肢芽形成区的背侧面，则将出现两个AER。

肢芽形成前，背侧外胚层出现radical fringe基因，随后radical fringe蛋白集中在紧靠腹侧外胚层的区域。

（3P）分子模型：中胚层和外胚层发生和FGF8的分泌，诱导间质组织细胞的增殖和sonic hedgehog基因表达，诱导外胚层产生FGF4,构建了一个区域性持续的多基因诱导网络，导致胚芽形成。

12. AER（包括PZ）的出现可以看作是脊椎动物肢体生发中心的建立，请结合肢体的发育过程说明其理由。

⑴肢体近-远端的发育依靠AER和间质组织的相互作用①任何时候去除AER则该位置的肢体发育将终止。

②将AER移到另一个肢芽的顶端，则额外的向远端进行肢体发育。

③将腿芽的间质细胞移到翅芽的顶端下，则其远端发育为下肢④如果用非肢芽的间质组织替代肢芽间质组织，则其肢体的发育将终止。

这些表明，AER的作用是诱导间质组织的增殖，而肢芽的间质组织决定了肢体发育的方向。

⑵在肢芽的顶部靠近AER的间质组织一个大约200μm的范围，形成一个发生带（PZ）。

在AER产生的FGFs家族，使间质细胞不断增殖，去除AER，并植入含有FGFs的珠子，发育继续进行。

当这一发育进程前进时，发生带内的间质细胞不断离开并开始分化。

先离开的间质细胞发育为肢体的近端，后离开的间质细胞发育为肢体的远端。

因此肢体的前后极性是由发生带决定的。

实验还表明，早在肢芽阶段，肢体的前后轴背腹轴已经被AER下的间质组织决定了。

13.试分析果蝇、线虫与哺乳动物性别决定方式的异同点。

果蝇和哺乳动物性别的决定虽然都是XX/XY系统，但它们的机制不同。

在哺乳动物，Y染色体在雄性决定中起关键作用，XO为雌性，XY为雄性。

果蝇X染色体上的性别决定基因叫分子基因，而常染色体上的性别决定基因叫分母基因。

控制果蝇雌性的关键基因是sex lethal (sxl)，性别决定于X染色体的数量与常染色体（A）的比，细胞X:A≥1为雌性，X:A≤0.5为雄性，Y染色体在性别决定中不起作用，但对保证雄性的生殖能力是必须的，因此XO为不育的雄性。

线虫的性别也是由X染色体数量和常染色体的比例决定的，但XX型是雌雄同体，XO型是雄性个体。