生物发育过程的研究

摘要:生物的发育具有严格的时间的控制和空间的次序性,这种时间的控制和空间次序性由生物发育的遗传程序控制。发育是有机体的各个细胞协同相互作用的结果,也是一系列基因在网络性调控的结果。本文从早期胚胎发育程序的控制、形状变化、以及果蝇的早期胚胎发育的过程为例等,对近几年生物发育过程主要是胚胎发育过程的研究进展做了简要综述。 关键词: 生物 胚胎 发育

一个有机体的发生,从简单到复杂,从单细胞到功能多样的多细胞,里面隐含着极其精妙的发育调控机制也称生物的发育过程。发育的核心是细胞分化,而导致细胞分化的则是基因的作用。发育是物种遗传特性的表达,是遗传信息按照特定的时间和空间表达的结果是生物体基因型与内外环境因子相互作用,并逐步转化为表型的过程,生物发育中的胚胎发育的研究已经成为目前生命科学领域的研究重点之一。

1、早期胚胎发育程序的控制

具有独特功能的蛋白因子的相互作用可改变发育命运。自配子配合形成单细胞胚胎后,个体发育就开始启动,早期胚胎中的细胞就呈现出不同的形状,并分成多个层面,这些层面最终将发育形成不同的有机组织和器官。但细胞分裂和变化的形态,则是两个截然不同的过程,不能同时发生。Volk T等通过对果蝇胚胎的发育过程进行研究,发现胚胎细胞中存在一种蛋白Twist,这种蛋白控制着cdc25蛋白的产生。cdc25蛋白能够暂时中止细胞分裂,让其他过程得以进行,即细胞从初生胚胎的外部转向胚胎内部,发生着形状的改变,形成了中胚层,并最终促使肌肉和其他内部组织的产生,一旦中胚层构造完成,被内部中胚层束缚的细胞移动滞后时,细胞则面临着一个分裂波,即当细胞完成形状变化和定位在某处时, cdc25可达到一个促进细胞分裂的临界水平。

2、早期胚胎的形状变化机制

1

收敛延伸是胚胎形状变化的一个重要机制,它涉及细胞的有序运动,导致它们的空间重排和整个组织沿着其中线的延伸。一项新的研究表明,在脊椎动物中,收敛延伸的方向是与身体轴向一致的

3、果蝇早期胚胎发育过程

果蝇受精卵早期的卵裂是一种特殊的形式，它只进行细胞核的快速同步分裂，而细胞质不分裂，形成了一个多核合胞体。在8次分裂后，胚胎后部少量核形成生殖细胞，余下的细胞核分裂一次后分移到胚胎周围形成合胞体胚盘，再进行4次分裂后才形成细胞化的胚盘（囊胚），从此果蝇的卵裂不再同步。 果蝇的体轴特化涉及到体细胞和卵母细胞形成过程中的通信作用，产生了母源性的mRNA的不均匀分布。早期的模式化通过合子基因的区域表达，将合胞体胚盘分成多个区域，分别代表未来的副体节。当细胞化胚盘形成时，从而将胚胎分化成一系列的发育区室。

3.1卵细胞的发生和极化

在卵细胞形成过程中，一个初始生殖细胞经过4次分裂形成了16个通过胞质桥相连的细胞，其中最后部的细胞发育成卵母细胞，其它15个发育为抚育细胞（亦滋养细胞），抚育细胞中的蛋白质和RNA通过胞质桥输入到卵母细胞的前端。在这16个细胞之外，包被着母体的滤泡细胞,卵细胞形成过程中，会使后端的滤泡细胞发生特化。卵细胞发生时特殊的位置和通信，产生了细胞质内部的不均匀分布，也直接影响了果蝇的体轴发生。果蝇卵细胞含有大量的细胞质，其中母源性的mRNA对早期发育重要影响。它们在卵细胞中不均匀分布，受精后才开始表达。重要的母源性mRNA bicoid,hunchback,nanos和caudal对果蝇发育的前端和后端的信号中心起了关键的作用。biocoid mRNA定位在卵细胞前端，溶度向后部依次递减；nanos刚好相反，在后端溶度最高，向前递减。hunchback和caudal在卵细胞中均匀分布。

3.2前后轴和末端信号中心确立

受精后，母源性mRNA开始翻译，Bicoid蛋白质激活了合子细胞的hunchback基因的转录，但抑制caudal的翻译，而Nanos蛋白质抑制了huanchback的翻译。于是，蛋白质Bicoid和Nanos一起产生了Hunchback和Caudal蛋白梯度：Bicoid和Hunchback代表了前端信号中心，促进了头部和 2

胸部的发育；Caudal代表了后端信号中心，促进了腹部的发育。蛋白质Bicoid、Hunchback和Caudal都是转录因子，作为形态发生素，形成了前后轴，以一种溶度依赖形式激活下游基因。在头节和尾节的确定，不是通过母源mRNA的定位，而是通过限制在卵末端的信号决定的。末端特化是通过Ras-Raf-MAP激酶通路激活下游的酪氨酸激酶受体---Torso,这一过程需要特化的滤泡细胞的反馈参与。Torso受体均匀分布在卵细胞膜上，但它只在末端局部被配体所激活。分泌蛋白Torsolike可能是该特异性的配体，激活Torso信号。纵观果蝇体轴模式形成的过程，我们可以发现了一些发育过程的共同规律：卵生动物中卵细胞细胞质的不均匀分布帮助建立了早期胚胎的极性，对胚胎不对称发育有重要的促进作用。在这里，我们看到了胞质决定在胚胎分化过程中的重要作用。对于一般的卵生动物，受精卵一般都分为动物极和植物极，为胚胎发育建立了早期的极性。在果蝇中，通过母源mRNA在卵细胞中前后梯度的建立，已经确立了未来的前后轴。在鱼和两栖类中，母源的决定子沿着卵的动植极的分布确定生殖层的最初特化 ，体轴建立后生殖层的特化由细胞-细胞间的相互作用完成的。不过，由于脊椎动物的卵呈辐射状对称，体轴的发育是一个打破辐射对称的过程。在爪蟾的发育中，受精时，精子打破了发育对称性、体轴决定的序幕，受精导致了卵皮层的旋转，使其朝向精子进入的位点，在精子进入的位点对面建立了Niuwkoop中心，它将来决定胚胎的背侧。

4、展望

纵观生物的发育过程中，总结起来就是基因的选择性表达，从而产生了分化、模式化和形态发生。发育前后的细胞拥有着相同的基因组信息，我们知道在分化的过程中是自身和周围的信号分子主要包括转录因子等选择了特异的基因表达。但分化确立后，但细胞核的发育潜能即全能性却存在着较大的差异。是什么维持了细胞的分化和细胞核的发育潜能呢？同时，对于个体生物，存在着发育早期的体轴建立和发生即前后轴和背腹轴，但在高等动物中，还存在着左右对称。目前,人们对真核细胞基因组的结构和基因表达的调控,基因产物构建细胞结构和调节细胞功能的机制已有一定的了解,特别是近十年来,人们开始能够认识动物发育的分子机制,对动物发育过程中基因水平的分析已经全面展开,应用各种分子遗传学和基因工程技术对高等生物发育和遗传的分析取得了惊人的进展,基因、细 3

胞和发育已经成为生命科学研究最活跃的领域之一。生物体的整个生命周期都处于动态的发育中,一个单细胞受精卵如何通过一系列的细胞分裂和细胞分化,产生有机体的所有形态和功能不同的细胞,这些细胞又如何通过细胞之间的作用共同构建各种组织和器官,建成一个有机体并完成各种发育过程等等一系列问题,有待于我们深入去探索与研究。

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版社，2006.

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第二篇：发育生物学(含答案)

复习题（2010～2011学年第二学期）

1、上皮-间质诱导相互作用有几种类型，试举例说明？

答：在上皮——间质贴近诱导作用有三种类型的相互作用：细胞与细胞的接触，细胞与基质的接触和可溶性信号的扩散。（2分）

(1)细胞与细胞的接触：输尿管芽诱导肾小管是依赖于它们细胞的紧密接触。（1分）

(2)细胞与基质的接触：在一些器官的发生中，可以看到一种类型的细胞的细胞外基质能引起另一组细胞的分化。如角膜上皮细胞的表面从富含胶原的晶状体囊接收了一些指令。细胞外基质也能为次级诱导提供位置的信息。比如细胞外基质在皮肤中决定次级诱导的位点中是非常重要的。（1分）

(3)可溶性信号的扩散：一些诱导系统并不需要接触，如脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经管。在诱导组织和反应组织的细胞间未见接触，而且即使其间加入滤膜，诱导作用也能发生。（1分）

2、动物界如何保证受精的专一性和唯一性？

答：（1）首先精子具有向化性，特别是水生动物，其卵母细胞在完成第二次减数分裂后，可以分泌具物种特异性的向化因子，构成卵周特有的内环境，这种内环境不仅可以控制精子类型，而且可以使其适时完成受精。

（2）对于哺乳动物主要是精子和卵子表面存在特异性的一些表面蛋白，配体和受体之间通过长期进化在结构上可以相互识别，不同物种之间如果精、卵配体和受体结构差异很大，就不能结合，也就无法受精。

（3）动物界保证受精的唯一性主要通过受精过程中卵子表面发生透明带反应、皮质反应等保证单精受精和受精卵染色体数目的恒定。

3、简述卵子成熟的标志是什么？

答：（1）卵母细胞成熟形态学标志为：生发泡破裂、染色体凝聚、纺锤体形成和第一极体排出。（2）在分子水平上，卵母细胞内cAMP浓度下降，Ca2+浓度上升，蛋白质合成增加，蛋白质去磷酸化或磷酸化，促成熟因子之类的活性物质出现。

4、华美光杆线虫做为发育生物学的模式生物具有哪些优点？

答：(1)可在实验室用培养皿培养。（1分）

(2)生命周期短（一般为3.5d），胚胎发育速度快。（1分）

(3)存在雌雄同体和雄性两类不同生物型，主要是雌雄同体生物型。（1分）

(4)体细胞数量少，由于透明可见，易于追踪细胞分裂谱系。（1分）

(5)能观察到生殖细胞的发生及种质颗粒的传递过程。（1分）

5．何为胞质定域？列举1个在线虫胚胎发育过程中涉及的胞质定域例子。 答：形态发生决定子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精时发生运动，被分割到一定区域，并在卵裂时分配到特定的裂球中，决定裂球的命运，这一现象称为胞质定域。（2分）

（1）生殖细胞的特化：在卵胞质中存在着呈区域性分布的形态发生决定子，而最常见的形态发生决定子可能算是生殖细胞决定子。生殖细胞决定子在卵裂时分配到一定的裂球中，并决定这些裂球发育成生殖细胞。副蛔虫卵子植物极胞质中所含的能决定生殖细胞形成的物质叫生殖质。（1.5分）

（2）咽部原始细胞命运的决定：秀丽园杆线虫胚胎细胞命运主要由卵内胞质决定，而不是由邻近细胞间相互作用决定。在其胚胎中发现的SKN-1蛋白就很可能是一种“转录因子”样形态发生决定子。它存在于卵胞质中，处于无活性状态，随卵裂而不等进入卵裂球。其作用

尚需其他因子的协同，包括Pie-1和mex-1，另外pop-1对MS裂球特化至关重要，因此，pop-1也可能是一种转录因子，可以与SKN-1相互作用，决定MS发育命运。（1.5分）

6、简述透明带在动物繁殖中的作用。

答：透明带在繁殖中的作用主要有3个方面：（1）在精卵结合时，进行精卵特异性识别，保证受精的专一性。（2）发生透明带反应，防止多精受精。即保证受精的唯一性。（3）在早期胚胎发育中起保护作用，同时在胚胎着床中，可防止输卵管壁的粘着，防止宫外孕。

7、简述调控果蝇胚胎前后轴形成的两种系统？

答：决定前后轴的2组母体效应基因包括：前端系统（anterior system）决定头胸部分节的区域，后端系统（posterior system）决定分节的腹部，

1）前端系统 BICOID(BCD)和HUNCHBACK(HB)调节胚胎前端结构的形成。

前端系统至少包括4个主要基因，其中bicoid（bcd）基因对于前端结构的决定起关键的作用。BCD具有组织和决定胚胎极性与空间图式的功能。bcd是一种母体效应基因，其mRNA由滋养细胞合成，后转运至卵子并定位于预定胚胎的前极。受精后bcd mRNA迅速翻译，BCD蛋白在前端累积并向后端弥散，形成从前向后稳定的浓度梯度，主要覆盖胚胎前2/3区域。bcd 基因编码的BCD蛋白是一种转录调节因子。另一母体效应基因hunchback（hb）是其靶基因之一, 控制胚胎胸部及头部部分结构的发育。hb在合胞体胚盘阶段开始翻译，表达区域主要位于胚胎前部，HB蛋白从前向后也形成一种浓度梯度。hb基因的表达受BCD蛋白浓度梯度的控制，只有BCD蛋白的浓度达到一定临界值才能启动hb基因的表达。

2）后端系统 NOS(NOS)和CAUDAL(CDL)调节胚胎后端结构的形成。

后端系统并不像BCD蛋白那样起指导性的作用，不能直接调节合子基因的表达，而是通过抑制一种转录因子的翻译来进行调节。NOS蛋白的功能是在胚胎后端区域抑制母性hb mRNA的翻译。另一个重要的母源性产物caudal（cdl）mRNA最初也是均匀分布于整个卵质内，BCD能抑制cdl mRNA的翻译。在BCD活性从前到后降低的浓度梯度作用下形成CDL蛋白从后到前降低的浓度梯度。

8. 试比较允许的相互作用和指令的相互作用？

答：邻近组织的相互作用可分为允许的相互作用和指令的相互作用两种类型。

(1)容许的相互作用：反应组织含有所有要表达的潜能，它只需要一个环境允许它表达这些特性。虽然它的表达需要某些刺激，但这不能改变它的后生型发育方向。如许多组织的发育需要一种固体的、含有纤连蛋白和层粘连蛋白的基质。纤连蛋白和层粘连蛋白只是刺激细胞的发育，但并不改变产生的细胞的类型。（2.5分）

(2)指令的相互作用：这种相互作用改变反应组织的细胞类型。反应组织的发育潜能不稳定，其发育方向和过程取决于接收的诱导刺激的类型。如在脊索诱导神经管的底板细胞的形成中，所有的神经管细胞都能对脊索的信号起反应，但只有那些邻近脊索的细胞被诱导。这些被诱导的细胞接收信号后表达一组不同于它们在未与脊索接触时表达的基因。大多数指令的相互作用的四个主要特性是：①在组织A存在的情况下，反应组织B以一定的方式发育。②在缺少组织A的情况下，反应组织B不以那种方式发育。③在缺少组织A，但组织C存在的情况下，组织B不以那种方式发育。④在组织A存在的情况下，正常将不同发育的组织D被诱导，改变得像组织B一样发育。（2.5分）

9、简述角膜诱导有关的因素有哪些？

答：1）视网膜和（或）晶状体

眼球在角膜诱导诱导中起重要作用。若切除眼球，角膜变成皮膜。眼原基移到表皮下，表皮变成角膜。角膜诱导与视网膜（感光细胞）的形态分化有直接关系。

2）细胞外基质

晶状体囊中含有的细胞外基质。 晶状体囊 诱导 角膜上皮 分泌 初级基质

原，这被称为“持续的诱导作用”。

3）类坏死和感受性

类坏死指细胞处于活的和死亡之间，有着一整套原生质的临界状态，这种变化是可逆的。经过类坏死处理后的表皮，角膜诱导速度加快。类坏死处理加快角膜诱导的原因是提高了表皮移植的感受性。类坏死处理引起蛋白质、细胞核、细胞质和细胞外基质成分的一系列变化，可能与提高了表皮的感受性和加快角膜诱导的进程有关。一些物理或化学处理表皮，也能影响诱导速度。

4）眼内压

眼内液体的压力对角膜正确的曲度形成十分重要。将毛细管插入鸡胚眼内，眼内液体流失，角膜将不能发育出角膜所特有的曲率。

10、两栖类变态中，尾的退化明显与甲状腺素的增加有关。试述尾的退化分为哪几个发生阶段？

答：尾的退化分成四个阶段：

1）尾的肌肉中Pr合成减少。

2）溶酶体增加；细胞自溶素D、RNA酶、DNA酶、胶原酶、磷酸酶和一些糖苷酶的浓度在表皮、脊索和神经索细胞中增加。

3）这些酶释放到细胞中，引起细胞死亡（表皮可能通过释放这些消化酶帮助消化肌肉组织）。

4）细胞死亡后，巨嗜细胞将聚集尾区，用自身的Pr水解酶消化，被破坏的碎片结果成了Pr水解酶的大囊。

11、简述晶状体的形态发生和有关的主要因素？。

答：1）晶状体形态发生过程中明显的变化是细胞伸长。

预定晶状体外胚层晶状体泡初级晶状体纤维次级晶状体纤维成熟的晶状体

2）与晶状体的发生有关的主要因素:

1、细胞外基质

胶原：在视泡与预定晶状体外胚层之间，能进使细胞分化作用。

氨基多糖：浓度的升高与晶状体的形态发生和晶状体特异蛋白出现有关。

2、微管和微丝

晶状体板内陷形成晶状体窝的过程是依赖于细胞顶端细胞质内的微丝收缩。

3、细胞增殖（图15.13）

①细胞边缘是固定的，由于细胞分裂使这群细胞的压力增大，引起晶状体板内陷形成晶状体窝，进而与周围表皮脱离形成晶状体泡。

②晶状体原基的边缘有坏死区，使晶状体容易与周围的外胚层脱离。

③当晶状体的细胞增殖模式发生变化时，细胞分成两类：

晶状体泡后部细胞增殖速度降低并停止，细胞开始伸长，形成初级晶状体纤维。 晶状体泡前部细胞仍继续分裂，形成预定晶状体上皮细胞。

所以，晶状体分成两个功能不同部分：增殖、伸长。

12、两栖类变态中，试述肝的变态变化有哪些？

答：肝的变态变化：

幼体肝细胞在变态后被保留下来，并继续增殖。

1）肝中核糖体只保留总量的恒定，而无积累。旧核糖体被新核糖体取代（粗面内质网增加，分布由核周围扩散到细胞质处）。

粗面内质网：变态前呈单层结构，经过甲状腺处理后，成双面结构。

2）肝细胞：变态前是常染色质，变态后是异染色质（RNA转录不活跃）。

早期蝌蚪：线粒体嵴为宽片状；变态后为细管状。

线粒体由长形变为圆或椭圆形（与内质网紧密相连，可能是甲氨酰磷酸盐合成酶、鸟氨酸转甲氨酸酰酶的合成位点。

3）肝形态结构变化：变态期间由于甲状腺激素的刺激，核糖体和mRNA增加；Pr合成速率增加，包括血清白蛋白（变态期间增加20倍，维持器官稳态）、血浆铜蓝蛋白（肝薄膜细胞合成，对肝内铁利用起配合作用）和一些酶（甲氨酰磷酸盐合成酶是建立尿循环关键性酶，是氨循环向尿循环转化的标志）。

13、哺乳动物和昆虫（如果蝇）都用性别决定的XX/XY系统，试比较它们的机

制有何差异？

14、细胞分化是基因差异性表达的结果，试述差异性基因表达产生的原因主要来自于哪几个方面？

答：（参考第二版书55页）差异性基因表达产生的原因主要来自于两方面。首先是细胞内环境的差异影响核基因的表达。在早期胚胎发育的卵裂阶段，由于卵质的不均匀分布，卵裂的结果所产生的分裂球（细胞）存在不同的细胞内环境，引起胚胎细胞核基因的差异表达。其次是细胞外环境的影响。在胚胎发育早期不同的胚胎细胞位于不同的区域，受到不同的外环境的影响，接受不同的位置信息。特别是邻近细胞的相互关系，如胚胎诱导对于胚胎细胞分化具有重要意义。各种细胞外信号分子，包括远离细胞的产物（细胞因子，激素等信号分子），通过细胞间的通讯，特别是信号传导间接影响细胞核基因的表达。

15、列举3种发育生物学模式生物的特点，优势及其应用？

答：1）斑马鱼

基本的生物学特征

①胚胎透明，发育快：－－适合胚胎学研究

②后代数量大 (雌鱼每周能产几百枚卵):－－适合遗传学分析

③个体小：－－易于大规模饲养，养殖成本低

④50条染色体，基因组：1.7GB，测序即将完成。

斑马鱼是进行心血管发育机制研究的理想模式脊椎动物

2）线虫

①生命周期短(一般为3～4天)，胚胎发育速度快(在培养温度为25℃时，胚胎发育期为12小时)，便于不问断跟踪观察每个细胞的演变。

②可用培养皿进行实验室内培养，便于遗传突变筛选，并可冷冻保存，常温下复苏后继续研究。

③个体小，只要把线虫浸泡到含有核酸的溶液中，就可以实现基因导入。

④体细胞数量少，通体透明，便于观察单个细胞的分裂和分化过程，并可观察

发育过程的细胞凋亡现象。

⑤雌雄同体和雄性个体两种生物型。

⑥基因组测序已在19xx年完成，共包含19 099个编码蛋白的基因，成为第一个基因组被完全测序的多细胞动物。

细胞凋亡现象及其机制最早是在线虫中揭示的

3）小鼠

①小鼠是最小的哺乳动物，易于培养，维持费用低。

②在遗传生理方面和人类相似，在病理学方面研究所得成果可运用于人类身上，是人类直接受益的模式生物。

③繁殖不受季节影响，繁殖能力强

正是小鼠的这些研究优势，在小鼠中已完成了父系和母系的基因组印记、黑白两种皮毛的嵌合体小鼠、畸胎瘤细胞植入嵌合体小鼠、转基因小鼠、基因敲除缺陷型。鼠、小鼠胚胎干细胞分离等著名的发育生物学实验。

16、哺乳动物卵裂有何主要特点？与其他卵裂的主要区别及对未来胚胎发育有何影响？

答：哺乳动物卵裂有几个主要特征：（1）卵裂速度缓慢。（2）为旋转卵裂，卵裂球排列方式很独特。（3）早期卵裂不同步。所以通常卵裂球数为奇数。(3分)

哺乳动物卵裂与其他动物的主要区别是存在紧密化现象和囊胚腔的形成，由于紧密化现象出现内细胞团和滋养层细胞的分离，在未来发育中，内细胞团形成真正的胚体，滋养层细胞发育成为绒毛膜、胎盘等胚外器官。

17．简述透明带在动物繁殖中的作用。（同第6题）

18. 神经胚期中胚层可分化为哪几个区域？

答：神经胚期中胚层可分化为5个不同区域

①胚胎背面脊索中胚层分化为脊索（可诱导神经管形成及前后轴建立的临时器官。）（1分） ②背部体壁中胚层分化为体节，神经管两侧的中胚层细胞。（1分）

③中段中胚层分化为泌尿、生殖器官。（1分）

④侧板中胚层分化为心脏、血管、血细胞、体腔衬里，肌肉外四肢所有中胚层成分、胚外膜。（1分）

⑤头部间质分化为面部结缔组织和肌肉。（1分）

19.神经嵴可分化为哪几类细胞？

答：主要分化为四类细胞：（1分）

①感觉、交感和副交感神经系统的神经元和神经胶质。（1分）

②肾上腺髓质细胞。（1分）

③表皮色素细胞。（1分）

④头骨和结缔组织成分。（1分）

20.请以母体基因 dorsal 为例，说明母体基因如何参与昆虫胚胎背腹轴的发育。 答：背–腹系统最为复杂，涉及约20个基因。其中dorsal（dl）等基因的突变会导致胚胎背部化，即产生具有背部结构而没有腹部结构的胚胎。背-腹系统对合子靶基因表达的调节方式与前端系统相似，通过一种转录因子的浓度梯度来完成。但背腹系统浓度梯度形成的方式却与前端系统完全不同。dl基因是这一信号传导途径的最后一个环节，它编码一种转录调节因子。dl mRNA和DL蛋白在卵子中是均匀分布。当胚胎发育到第9次细胞核分裂之后，细胞核迁移到达合胞体胚盘的外周皮质层，在腹侧的DL蛋白开始往核内聚集，但背侧的DL蛋白仍位于胞质中。从而，使DL蛋白在细胞核内的分布沿背腹轴形成一种浓度梯度。DL蛋白的浓度梯度通过对下游靶基因的调控，控制沿背-腹轴产生区域特异性的位置信息。这种浓度梯度在腹侧组织中可活化合子基因twist （twi）和snail （sna）的表达，同时抑制dpp和zen基因的表达，进而指导腹部结构的发育。dpp和zen基因在胚胎背侧表达，指导背部结构的发育。

21. 试述透明层在海胆原肠胚形成过程中作用机制？

答：（1）原肠作用时，小裂球进入囊胚腔时内移，通过与透明层之间的亲和力降低，使小裂球脱离透明层。

（2）植物极内陷时，透明层作用机制

透明层由内外两个片层组成。由植物极板细胞伸出的微绒毛插入透明层中；植物极板细胞的细胞质中含有贮存着硫酸软骨素蛋白多糖（CSPG）的分泌小泡；CSPG由分泌小泡分泌到透明层中，CSPG吸水使透明层内层膨胀，而与内层相连的外层并不膨胀，其结果是导致透明层弯曲，相连的细胞内陷。

22、简述无尾两栖类变态的不同时期激素调控步骤

23、简述果蝇的性别决定？

答：（1）果蝇中染色体性别决定也是XX／XY系统。在果蝇中性别决定是通过平衡X染色体上的雌性决定因子和常染色体(非性染色体)上的雄性决定因子实现的。不同X染色体与常染色体比率产生的不同性别。

在果蝇和昆虫中存在雌雄嵌合体，表明在昆虫中没有性激素来调节这样的事件，每个细胞自己进行性别“决定”。XO细胞显示雄性的特征，而XX细胞显示雌性的特性。在果蝇性别决定中，Y染色体一点也不起作用，它只对保证雄性的生殖能力是必须的。（3分）

（2）作为性别决定中枢的性别——致死基因

性别－致死基因（Sxl)具有雌性特异的转录，是受X染色体上的“计数器”成分刺激的，它组成X∶A比率的“X”部分。在受精后不久sis-a、sis-b、runt和da基因使Sxl只在雌性胚胎中在转录上是活跃的。“分母成分”是那些从常染色体得到计数的基因。一个主要的分母成分好像是无表情基因。具有太高的sis-b与无表情基因比率的雄性激活Sxl并死亡，而具有太低的sis-b与无表情比率的雌性不激活Sxl并死亡。

性别—致死基因上基因在雄性和雌性二者中都转录。但由于RNA加工方式不同，以及Sxl蛋白质好像是结合自己的mRNA前体，并以雌性的方式拼接。雄性的sxl mRNA是没有功能的。雌性特异的Sxl信使编码354个氨基酸的一种蛋白质，而雄性特异的Sxl转录本在48个氨基酸后面含有一个翻译终止密码(UGA)。（4分）

（3）性别转换基因(tra)可选择地拼接于雄性或雌性，产生雌性特异的mRNA和非特异的mRNA。tra产物与tra-2蛋白协作帮助产生雌性表现型。（2分）

（4）性别决定的开关基因——双性基因，在雄性和雌性中都是有活力的，其初级转录本是以性别特异的方式加工的。雄性和雌性的转录本的前三个外显子是完全相同的。雌性特异转录本的一个外显子是雄性特异的信使中不翻译的3′末端。tra-2和雌性特异的tra-1蛋白质特异地结合于靠近dsx前-mRNA雌性特异的3′拼接位点一个DNA序列，它们给这个位点加入非特异的拼接因子。如果不产生tra，双性基因转录本以雄性特异的方式拼接。利用下游的3′拼接位点，形成雄性特异的转录本，编码一种活性蛋白质，它抑制雌性的特征，促进雄性的特性。换句话说，如果性别转换基因产生有活性的，雌性特异的蛋白质，则完成不同类型的加工。（4分）

（5）性别决定级联的靶基因：包括卵黄蛋白基因、性别决定基因温度敏感的等位基因(tra-2ts ）等。（2分）

24、在机体的发育过程中，许多基因的表达存在时空的特异性，而这种特异性是受到发育的遗传程序所控制。试从基因表达调控的各个主要阶段（转录、翻译和翻译后的修饰等）来阐述发育过程中基因表达的时空特异性？

答：在发育的过程中，许多基因只在某个特定的时间表达，其他时期是没有功能的，在组织的水平上是特异的，其表达调控主要在以下几个水平完成：

1. 差别基因的转录：调节这些基因转录成RNA，这是最重要的调节机制。主要有开关基因决定，这些基因的表达，决定细胞两种不同的命运分化。

2. 核RNA的选择性加工：调节核RNA进入细胞质并加工成mRNA，使同一基因在发育的不同时期或不同的组织合成不同的蛋白质。

3. mRNA的选择性翻译：调节这些mRNA翻译成蛋白质，根据细胞需要蛋白质的情况，利用翻译水平的机制，保证合成精确量的蛋白质。

4. 差别蛋白质的加工：选择性的加工蛋白质成为功能性蛋白质，胚胎发育中，差异基因的表达调控机制很复杂，也有少量的基因表达在DNA水平。

25、SRY基因存在与Y染色体中，它编码TDF，组织性腺发育成精巢，而非卵巢。请阐述？

答：在胚胎中位于皮质的原始生殖细胞在睾丸因子（TDF）的影响下萎缩，而TDF的合成则依赖与SRY基因。SRY基因存在与Y染色体中，它编码TDF，组织性腺发育成精巢，而非卵巢。

Sry的直接作用模型： Sry直接诱导雄性生殖嵴特异性基因的表达。

Sry的间接作用模型：Sry诱导生殖嵴细胞合成某种因子→中肾细胞进入生殖嵴→诱导生殖嵴表皮细胞转变为睾丸支柱细胞、并表达雄性特异性基因。

26、简述晶状体的形态发生和有关的主要因素？（同11题）

27、阐述早熟素是如何引起某些昆虫幼虫早熟地变态为不育成虫的？

答：从菊科植物中分离出２种成分，能引起某些昆虫幼虫早熟地变态为不育的成虫，称为早熟素。

早熟素通过在未成熟的昆虫中引起咽侧体细胞选择死亡完成这个过程，这些细胞是负责合成保幼激素的。因为没有保幼激素，幼虫开始变态和进行成虫的蜕皮；保幼激素也负责卵成熟，没有这种激素雌性不育。

28、视网膜顶盖精确连接的形式受哪些因素影响

答：视网膜顶盖精确连接的形式受以下因素影响：

１）化学亲和性（化学亲和性假说） ：

生化分子的物质引导生长的神经纤维到达顶盖的靶区。

用电生理方法发现（图15.7），移植眼原基组织片的视网膜投射是根据它们起初的定位，而不是移植后的位置。

视网膜细胞能识别顶盖上的某种线索，并引导它们的神经支配。

２）细胞的粘连性：

发育中的细胞具有选择性地与其它细胞亲和的性质，包括：细胞识别、细胞迁移、细胞聚集过程。

视网膜神经节细胞的生长锥能识别顶盖上的合适靶区。

将放射性同位素标记的视网膜神经节细胞加入到顶盖细胞中，发现视网膜背侧可以粘连于顶盖腹侧，而视网膜腹侧粘连于顶盖背侧。

用抗鸡视网膜的单克隆抗体发现一种抗原，在14天龄的鸡视网膜以梯度形式存在，浓度在背部视网膜比腹侧高15倍（图15.8）。

３）发育时期：

神经视网膜可能以发育的不同时期向外生长，首先到达顶盖的纤维与先遇到的第一个顶盖细胞形成突触连接，后到达顶盖的神经纤维生长到较远的，还未被占据的位点。

放射自显影技术标记，用3H-脯氨酸处理的爪蟾尾芽期期的腹或背部的半个眼（图12.9）。发现背部眼先生出神经节细胞轴突（提前6小时），离开眼球进入视束。

４）其它因素：

如：最初投射的精确化：当再生的轴突到达顶盖后产生多个分支，此后进一步精确化更小的突触区；另外，过多错误路线的神经纤维在精确化过程中消失。

29、简述人类初级性别决定的假设模型？

答：假设有一个Z基因的存在，它位于常染色体或与X染色体相连的基因，它的活动抑制睾丸的分化，而刺激卵巢的形成。而SRY蛋白将抑制Z基因（或它的产物），所以允许睾丸发育。

SRY基因失活，Z基因产物表达，它的活动抑制睾丸的发育和刺激卵巢的发育

A.野生型雄性和雌性

B.Z基因中假定的突变将解释XX，SRY雄性和XY，SRY雌性 -- +

30、简述克隆哺乳动物的技术路线？

答：克隆哺乳动物技术实际上是采用核移植与胚胎生物工程技术相结合，将一个体体细胞核移植到另一个体卵细胞中去，最终产生一个与供体细胞个体遗传性状一致的动物个体的技术。

其技术路线大体为：

1）体细胞的采集和培养：取动物某一组织体细胞在体外培养，经饥饿法或添加其他药品，诱导细胞使基因组重排，使基因的程序性表达重新从头开始，这样就使已失去全能性的体细胞恢复全能性；

2)采集卵细胞并去除卵细胞的细胞核；

3）取出体细胞的细胞核；

4)用微注射法注入去除核的卵细胞中去；

5)将重组胚细胞在体外进行适当培养；

6）将转核胚置入同期母体子宫，完成发育，所产生的动物幼子为克隆动物。

我自己加的：.试述哺乳动物性别决定的过程及机制 ？

答案：哺乳动物染色体的性别决定包括：初级性别决定和次级性别决定两个阶段。

初级性别决定涉及性腺的决定，是由染色体决定，通常不受环境的影响。雌性是XX，而雄性是XY，每个个体至少必须具有一个X染色体。Y染色体携带一个基因，它编码精巢决定因子，这个因子(可能是SRY基因的产物)组织性腺发育为精巢，而非卵巢。

次级性别决定涉及性腺之外的身体表现型，通常是由性腺分泌的激素决定的。然而在缺少性腺的情况下，产生雌性的表现型。

哺乳动物性别决定的过程：

1、如果没有Y染色体存在，性腺原基发育为卵巢。由卵巢产生的雌激素能使缪勒氏管发育为阴道、子宫颈、子宫和输卵管。（2.5分）

2、如果Y染色体存在便形成精巢，它可以分泌两种主要的激素：第一种是抗缪勒氏管激素，它将破坏那些形成子宫、子宫颈、输卵管和阴道上部的组织；第二种激素为睾酮，它雄性化胎儿，刺激阴茎、阴囊和雄性解剖学的其他部分的发育；同时抑制乳腺原基的发育。因此，除非由于胎儿睾丸分泌的两种激素的影响变为雄性，否则个体将具有雌性的表现型。（2.5分）

3、现已发现几个基因是正常性别决定所必须。Sry／SRY是在哺乳动物Y染色体上主要的睾丸决定基因。（2.5分）

4、在精巢决定中，Y染色体基因必须与常染色体的一些基因协调。

T－相关性别颠倒是一个常染色体性别决定基因。

假设的Z基因的活动抑制睾丸的分化，而刺激卵巢形成。SRY蛋白将抑制Z基因(或它的产物)，所以允许睾丸发育。（2.5分）

5、动物的次级性别决定。次级性别决定涉及由睾丸或卵巢合成的激素引起的雄性或雌性表现型的发育。

雄性表现型的形成涉及睾丸激素的分泌，这些激素促进乌尔夫氏管的发育，但引起缪勒氏管的萎缩。比如抗缪勒氏管激素是一种支持细胞激素，引起缪勒氏管的退化。类固醇睾丸酮，是由睾丸的间质细胞分泌的，它引起乌尔夫氏管分化为附睾、输精管和贮精囊，它还引起尿殖突起和泄殖窦发育为阴囊和阴茎。

小鼠的AMH基因具有一个结合Sry蛋白质的启动子序列，所以好像是Sry直接激活AMH基因的转录。

在雌性由胎儿卵巢分泌的雌激素好像足以诱导缪勒氏管分化为子宫、输卵管和子宫颈。在这样的一种模式中，性染色体控制个体的性别表现型。（2.5分）

6、性别特异行为的发育。睾酮在产生鸣声中起主要作用，在成年雄斑胸草雀中已证实鸣声的数量与血清中睾酮的浓度之间存在一种线性关系。性激素能在产生性别特异行为的神经系统的区域发育中起主要作用。

在哺乳动物的脑中也发现对雌激素敏感的神经元，这些神经元位于神经元回路的位置，已知它们可调节生殖行为，其中包括下丘脑、垂体和扁桃体。（2.5分）

以 上 答 案 仅 做 参 考