1900年，孟德尔遗传定律研究遗传元素在世代间的传递。 1909年荷兰植物学家Wilhelm Johannsen提出基因型和表现型的 概念，首次使遗传学和胚胎发育学发生关系。 20世纪40年代证明：DNA是遗传物质，控制蛋白质的合成。 20世纪50年代发现：DNA为双螺旋结构。 20世纪60年代：三联体密码被破解。 20世纪70年代：DNA重组技术出现。 20世纪80年代：转基因技术出现。 20世纪90年代：动物克隆技术出现。 世纪之交：HGP。 新的突破：stem cells, proteomics, conditional gene knockout, mutagenesis
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(三)、基因控制细胞行为 是通过控制细胞中的蛋 白质的产生而实现的
• House-keeping proteins:几乎存在于 所有类型细胞中，通常用于产生能 量、在代谢途径中生成或降解产物， 如组蛋白及转录或翻译中所必需的 蛋白因子。 • Tissue-specific proteins: 存在于特殊 类型细胞中，从而赋予细胞特定的 活性。如血细胞中的血红蛋白－输 氧、肌肉细胞合成myosin、actin、 tropomyosin为收缩提供能量。包括 酶、生长因子、受体蛋白、结构分 子。 细胞可从多个方面来控制蛋白质 的合成。
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3、Mosaic and Regulative Development(续)
支持嵌合体学说的实验证据：Wilhelm Roux的实验：
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3、Mosaic and Regulative Development(续) Wilhelm Roux的同事Hans Driesch的下述实验表明，胚 胎具有在局部被排除或受损伤后仍正常发育的能力，即胚 胎发育是可调节的。
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(四)、发育是渐进式的、细胞命运决定于不同的发育时间
• • •
Fate of cells:指正常发育情况下细胞将发育的方向，这种方向可因条件的改 变而改变(see next slide)。 Determination:指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单一化。 Specification:指一组细胞在中性环境下离体培养，它们仍按其正常命运图 谱发育。
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发育生物学相关期刊


CELL NATURE SCIENCE GENES &. DEVELOPMENT DEVELOPMENT DEVELOPMENTAL BIOLOGY MECHANISMS OF DEVELOPMENT NATURE CELL BIOLOGY DEVELOPMENTAL DYNAMICS DEVELOPMENTAL GENETICS (GENESIS) DEVELOPMENT GROWTH & DIFFERENTIATION DEVELOPMENT GENES AND EVOLUTION REPRODUCTION FERTILITY AND DEVELOPMENT MOLECULAR REPRODUCTION AND DEVELOPMENT SEMINARS IN CELL & DEVELOPMENTAL BIOLOGY DEVELOPMENTAL NEUROSCIENCE DEVELOPMENTAL REVIEW DEVELOPMENTAL PSYCHOBIOLOGY IN VITRO CELLULAR & DEVELOPMENTAL BIOLOGY-ANIMAL INTERNATIONAL JOURNAL OF DEVELOPMENTAL BIOLOGY
主要优点 1. 体积小，易于繁 殖； 2. 产卵力强； 3. 性成熟短； 4. 易于遗传操作： 如诱变； 5. 基因组序列已全
部测出 (Science,
Mar. 24, 2000)。 (120Mb encodes
13,601 proteins)
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2、Caenorhabditis elegans: Worm model
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4. Cell differentiation:
人类胚胎可最后 发育出至少250种 不同细胞类型， 分化通常是不可 逆的。
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5. Growth
胚胎在基本的pattern形成之后，其体积 会显著增长，原因在于细胞数量增加、 细胞体积增加、胞外物质的积累。不同 组织器官的生长速度也各异。
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发育生物学
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第一章 序
一、前言 (一) 概念
言
发育生物学是一门研究生物体从精子和卵子发生、受 精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。 发展基础：胚胎学、遗传学、细胞生物学。 发展过程：形态 组织器官 机理 细胞 分子
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2、细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念
19世纪30年代末：Mathias Schleiden和Theodor Schwann提出细胞学说。 1840, August Weismann提出了生殖细胞论，认为后代 个体是通过精子和卵子继承亲本描述躯体特征的信息； 卵子是一个细胞，其分裂产生的细胞可分化出不同组 织，从而否定了preformation论。 19世纪对Sea Urchin受精卵的观察发现，受精卵含有两
4. Gallus gallus (Chicken)
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三、发育生物学中的基本概念及规律
(一)、Five major developmental processes 1. Cell division的体积比母细胞小。
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本课程的主要讲授内容
序言：发育生物学中的一些基本原理；发育生物学 中的动物模型；发育生物学中的现代技术。 胚胎的早期发育：卵裂、原肠作用、神经胚作用。
细胞分化的机制：侧重基因表达的调控对组织器官
形成和分化的影响。 果蝇躯体轮廓发育的分子机制 四肢动物的肢体的发育 性别决定与生殖细胞
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(二)、发展历史
1、后成论(epigenesis)和先成论(preformation)之争
希腊哲学家Aristotle在公元前第4世纪在对鸡胚
和一些无脊椎动物胚胎观察后提出胚胎发育的两种 假设：
• Preformation:生物个体的一切组成部分都早就存 在于胚胎中，各个部分随着胚胎的发育而长大。 •Epigenesis: 在胚胎的发育过程中，各种结构是逐渐 形成的。
个细胞核，并最终合并为一个细胞核，表明细胞核含
有遗传的物质基础。 19世纪末，染色体的发现和发现染色体数目在发育中 的变化规律，使孟德尔遗传定律有了物质基础。
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3、Mosaic and Regulative Development 19世纪80年代，Weismann提出了mosaic development 学说：合子中的大量特殊因子在细胞分裂中不均等分配， 导致了不同细胞向不同命运的发育。
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二、发育生物学研究中的主要模式动物
各种模式动物各有优点，其研究成果不仅可以揭示特定 物种的特点，还有助于动物发育的一些普遍规律和机制。
(一) Invertebrate Models
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1. Drosophila melanogaster: Insect model
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(二)、Cell Behaviour
Cell behavior Gene Embryonic development 细胞行为主要包括： Cell state: 指基因活性状况。 Cell-to-cell signaling: 细胞间信号的传送、接受、反应。 Cell movement and cell-shape changes:细胞通过形态改变及运 动产生的机械动力，导致特殊结构的形成。 Cell proliferation: 躯体不同部位的细胞增生速度不一，可导致 整体结构的改变。 Cell death: 在特定的发育时期，特定部位的细胞的死亡是形成 正确结构所必需的。
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主要参考书
Scott Gilbert编:《Developmental Biology》，6th Editions, 2000. Lewis Wolpert主编：《 Principles of
Development》，1998.
Klaus Kalthoff:《Analysis of Biological Development》，2nd edition, 2001. Bruce M. Carlson: 《Human Embryology & Developmental Biology》, 2nd Edition,1999.
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4、Discovery of Induction
1924年，Hans Spemann和Hilde mangold的移植实验表 明，胚胎的一种组织可以指导另一种相邻组织的发育。
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5、遗传学、分子生物学与发育生物学的结合
主要优点 1. 易于养殖：成虫 体长1mm，易冷 冻保存； 2. 性成熟短：2.5-3 天，两种成虫； 3. 细胞数量少，谱 系清楚； 4. 易于诱变； 5. 基因组序列已全部 测出 (Science, Dec. 11, 1998)。(97MB encodes 19,099 proteins.)