A第章细胞的自主特化课件

第七章第七章 细胞的自主特化细胞的自主特化:形态发生决定子形态发生决定子动物有机体是由分化的细胞组成的。分化细胞不仅形态各异，动物有机体是由分化的细胞组成的。分化细胞不仅形态各异，而且功能各异，它们都有自己特异的蛋白质产物而且功能各异，它们都有自己特异的蛋白质产物(P123,表表6.1)。第一节第一节 细胞定型和分化细胞定型和分化从从单单个个受受精精卵卵产产生生各各种种类类型型细细胞胞的的发发育育过过程程称称为为细细胞胞分分化化(cell differentiation)。在在细细胞胞分分化化之之前前发发生生一一些些隐隐蔽蔽的的变变化化，使使细细胞胞向向特特定定方方向向发发育育，这这一一过过程程称称为为定定型型(commitment)，经经典典胚胚胎胎学称为学称为决定决定(determination)。已已定定型型细细胞胞与与未未定定型型细细胞胞间间表表型型上上无无任任何何不不同同，只只是是前前者者发发育育受受到到严严格格限限制制。在在发发育育过过程程中中定定型型和和分分化化是是两两个个相相互互关关联联的的过程，细胞定型后分化的方向不可逆转。过程，细胞定型后分化的方向不可逆转。.细胞定型有两种方式：细胞定型有两种方式：通通过过胞胞质质隔隔离离(cytoplasmic segrega-tion)实实现现。卵卵裂裂时时受受精精卵卵内内特特定定的的细细胞胞质质分分离离到到特特定定的的卵卵裂裂球球中中，决决定定它它发发育育为为那那种种类类型型细细胞胞，细细胞胞决决定定与与临临近近细细胞胞无无关关。细细胞胞命命运运的的这这种种决决定定方方式式称称为为自自主主特特化化(autonomous specification)，其其胚胚胎胎发发育育模模式式称称为为镶镶嵌嵌型型发育发育(mosac development)，也称也称自主型发育自主型发育。通通过过胚胚胎胎诱诱导导实实现现。相相邻邻细细胞胞或或组组织织间间相相互互作作用用,决决定定一一方方或或双双方方的的发发育育命命运运。这这种种定定型型方方式式称称为为条条件件特特化化(conditional)或或渐渐进进特特化化(progresive)或或依依赖赖性性特特化化(dependent),其其发发育育模模式式为为调整型发育调整型发育(regulative development)。.第二节第二节 形态发生决定子形态发生决定子形态发生决定子形态发生决定子(morphogenetic determinant)也称也称胞质决定子胞质决定子或成形或成形素素(morphogen)。其概念源于对细胞谱系研究。发现水蛭和海鞘胚胎发育中一些其概念源于对细胞谱系研究。发现水蛭和海鞘胚胎发育中一些特定组织由特定卵裂球发育而成，它们含有卵子一定区域细特定组织由特定卵裂球发育而成，它们含有卵子一定区域细胞质，卵裂球都自主发育，其发育为镶嵌型发育。当代研究胞质，卵裂球都自主发育，其发育为镶嵌型发育。当代研究发现，海鞘胚胎确实类似于依据卵内储存信息进行自我分化发现，海鞘胚胎确实类似于依据卵内储存信息进行自我分化的镶嵌体。的镶嵌体。.柄海鞘受精卵柄海鞘受精卵的细胞质根据所含色素不的细胞质根据所含色素不同分为同分为4个区域个区域(下图下图):动物极透明细动物极透明细胞质胞质，植物极近赤道面两个相对排列，植物极近赤道面两个相对排列的新月区，的新月区，一个浅灰色的一个浅灰色的灰色新月灰色新月区区(gray crescent)和一个黄色的和一个黄色的黄色新月黄色新月区区(yellow crescent)，最后为含卵黄的植最后为含卵黄的植物极其余部分称物极其余部分称灰色卵黄区灰色卵黄区。受精后卵裂形成的卵裂球可根据所含细受精后卵裂形成的卵裂球可根据所含细胞质的色素追踪，含胞质的色素追踪，含黄色新月区细胞黄色新月区细胞形成肌细胞形成肌细胞;灰色新月区细胞形成脊灰色新月区细胞形成脊索和神经管索和神经管;动物极透明区细胞形成动物极透明区细胞形成表皮表皮;灰色卵黄区细胞形成消化道灰色卵黄区细胞形成消化道.不同细胞接受不同区域细胞质不同细胞接受不同区域细胞质,其内含其内含不同的形态发生决定子不同的形态发生决定子,能够使细胞能够使细胞朝一定方向分化。朝一定方向分化。.海海鞘鞘第第一一次次卵卵裂裂面面和和幼幼虫虫身身体体左左右右对对称称面面相相吻吻合合，此此后后两两边边卵卵裂球的发育完全相同裂球的发育完全相同.实实验验研研究究发发现现，如如将将海海鞘鞘8-细细胞胞胚胚胎胎的的卵卵裂裂球球分分成成4对对(左左右右两两卵卵裂裂球球是是相相等等的的)，发发育育过过程程如如卵卵子子命命运运决决定定图图谱谱与与预预期期一一样样，植植物物极极后后面面一一对对卵卵裂裂球球(B4.1)形形成成内内胚胚层层、间间质质和和肌肌肉肉(下下右右图图)。可可见见海海鞘鞘卵卵裂裂球球命命运运在在8-细细胞胞期期已已经经决决定定，分分离离的的卵卵裂裂球可以自我分化球可以自我分化.但但神神经经系系统统的的发发育育例例外外，神神经经细细胞胞是是由由动动物物极极前前面面一一对对卵卵裂裂球球(a4.2)和和植植物物极极前前面面一一对对卵卵裂裂球球(A4.1)产产生生。当当这这两两对对卵卵裂裂球球分分离离后后单单独独培培养养均均不不生生产产神神经经组组织织，当当二二者者配配合合后后可可形形成成脑脑和和触触须须(palp)。可可见见在在海海鞘鞘这这样样镶镶嵌嵌型型发发育育的的胚胚胎胎中中也也存存在卵裂球之间相互作用决定发育命运的渐进决定作用在卵裂球之间相互作用决定发育命运的渐进决定作用.海鞘胚胎的镶嵌型决定作用海鞘胚胎的镶嵌型决定作用8-细胞期细胞期4对裂球分开后，每对裂球对裂球分开后，每对裂球都形成独特的结构都形成独特的结构用用玻玻璃璃针针反反复复挤挤压压海海鞘鞘B4.1卵卵裂裂球球使使原原分分裂裂沟沟退退化化,在在靠靠近近植植物物极极区区形形成成新新卵卵裂裂沟沟,沿沿此此将将卵卵裂裂球球分分开开部部分分黄黄色色新新月月胞胞质质进进入入b4.2，它它也也形形成成肌肌肉肉.童童第第周周核核移移植植实实验验也也证证明明如此如此.第三节第三节 胞质定域胞质定域形形态态发发生生决决定定子子在在卵卵细细胞胞质质中中呈呈一一定定形形式式分分布布，受受精精时时发发生生运运动动，被被分分隔隔到到一一定定区区域域，卵卵裂裂时时分分配配到到特特定定卵卵裂裂球球决决定定其其发发育命运。这一现象称为育命运。这一现象称为胞质定域胞质定域(cytoplasmic localization)。.一一.海鞘海鞘1.肌质和肌细胞的特化肌质和肌细胞的特化Whittacker(1973)首首先先用用组组织织化化学学方方法法检检测测了了海海鞘鞘胚胚胎胎中中乙乙酰酰胆胆碱碱酶酶(AChE)的的发发育育情情况况，证证明明海海鞘鞘胚胚胎胎的的胞胞质质定定域域。发发现现AChE只只存存在在于于海海鞘鞘幼幼虫虫肌肌肉肉组组织织中中。根根据据海海鞘鞘胚胚胎胎细细胞胞谱谱系系(图图6.4),8-细细胞胞期期只只有有植植物物极极后后面面一一对对卵卵裂裂球球B4.1形形成成肌肌肉肉，分分离离后后单单独独培培养养也也是是如如此此，而而且且AChE染染色色呈呈阳阳性性(左左图图)。后后来来证证明明A4.1卵卵裂裂球球在在完完整整胚胚胎胎中中也也能能形形成成肌肌肉肉，它它是是由由于于诱诱导导作作用用形形成成的的。当当用用细细胞胞松松弛弛素素B处处理理不不同同时时期期海海鞘鞘胚胚胎胎抑抑制制胞胞质质分分裂裂再再进进行行AChE活性检测时发现活性检测时发现，所得结果与细胞谱系分析吻合所得结果与细胞谱系分析吻合(右图右图).2.内胚层、表皮和前后轴的决定内胚层、表皮和前后轴的决定实实验验证证明明，内内胚胚层层特特异异的的碱碱性性磷磷酸酸酶酶只只在在预预定定形形成成消消化化道道的的细细胞胞中中产产生生。后后来来利利用用细细胞胞和和细细胞胞或或细细胞胞和和细细胞胞碎碎片片融融合合的的实实验验追追踪踪决决定定内内胚胚层层和和表表皮皮细细胞胞发发育育命命运运的的形形态态发发生生决决定定子子(下下图图):当当一一个个细细胞胞谱谱系系的的细细胞胞或或细细胞胞碎碎片片与与另另一一个个细细胞胞谱谱系系的的细细胞胞融融合合后后用用生生化化标标记记或或抗抗体体标标记记检检测测很很容容易易发发现现融融合合细细胞胞是否新的发育命运是否新的发育命运.结结果果表表明明，表表皮皮决决定定子子在在受受精精过过程程中中迁迁移移到到卵卵子子的的动动物物极极顶顶部部区区(apical region)，卵卵裂裂时时进进入入动动物物极极卵卵裂裂球球中中，即即8-细细胞胞期期胚胚胎胎的的a4.2和和b4.2两两卵卵裂裂球球中中；而而内内胚胚层层决决定定子子在在受受精精过过程程中中迁移到卵子植物极半球，卵裂期进入植物极卵裂球中。迁移到卵子植物极半球，卵裂期进入植物极卵裂球中。.伴伴随随受受精精时时卵卵子子细细胞胞质质运运动动，海海鞘鞘胚胚胎胎的的前前后后轴轴也也被被决决定定下下来来。在在受受精精过过程程卵卵质质运运动动完完成成后后，除除去去受受精精卵卵植植物物极极后后端端大大约约10%的的细细胞胞质质(PVC)，则则大大多多数数胚胚胎胎缺缺少少前前后后轴轴，发发育育成成只只具具有有前前端端的的辐辐射射对对称称幼幼虫虫。如如果果将将一一个个胚胚胎胎的的PVC移移植植到到另另一一个个切切除除PVC胚胚胎胎的的前前端端，结结果果前前端端发发育育为为新新的的后后端端，后后端端发发育育为为前端前端。海鞘肌肉、内胚层和表皮三种海鞘肌肉、内胚层和表皮三种组织胞质决定子的运动比较组织胞质决定子的运动比较图仅代表卵子表面观图仅代表卵子表面观.二二.软体动物软体动物Wilson(1904)将将帽帽贝贝早早期期卵卵裂裂球球分分离离培培养养发发现现，其其发发育育命命运运、分分裂裂速速度度和和分分裂裂方方式式都都和和完完整整胚胚胎胎内内的的相相同同卵卵裂裂球球一一样样(下下图图)。这是由特定的形态发生决定子为基础的这是由特定的形态发生决定子为基础的。帽贝成纤毛细胞的分化帽贝成纤毛细胞的分化A.A.帽贝正常胚胎帽贝正常胚胎中成纤毛细胞的分中成纤毛细胞的分化化 a.16-a.16-细胞期侧面观细胞期侧面观.预定成纤毛预定成纤毛细胞以深色表示细胞以深色表示.b.48-.b.48-细胞期细胞期.c.c.纤毛幼虫期动物极观纤毛幼虫期动物极观.纤毛位于成纤纤毛位于成纤毛细胞上毛细胞上.B.B.分离培养的帽贝成纤毛细胞分离培养的帽贝成纤毛细胞的分的分化化.a.a.分离的成纤毛细胞分离的成纤毛细胞.b,c.b,c.培培养过程中第养过程中第1 1和第和第2 2次卵裂次卵裂.d.d.纤毛纤毛形成形成.即使分离后单独培养即使分离后单独培养,成纤毛成纤毛细胞同样在正常时间形成纤毛细胞同样在正常时间形成纤毛.软软体体动动物物胚胚胎胎在在第第一一次次卵卵裂裂前前植植物物极极部部分分胞胞质质向向下下突突起起，形形成成极极叶叶(polar lobe)。第第一一次次卵卵裂裂形形成成AB和和CD两两个个卵卵裂裂球球，极极叶叶与与CD以以细细柄柄相相连连。极极叶叶约约占占卵卵子子总总体体积积的的1/3,因因此此看看起起来来象象一一个个卵卵裂裂球球,胚胚胎胎外外形形象象三三叶叶状状,称称为为三三叶叶期期(trefoil stage)。第第一一次次卵卵裂裂完完成成后后，极极叶叶消消失失并并入入CD卵卵裂裂球球。第第二二次次卵卵裂裂时时极极叶叶再再次次出出现现，卵卵裂裂完完成成后后仅仅与与D卵卵裂裂球相连，后并入球相连，后并入D卵裂球。此后极叶出现就不明显了。卵裂球。此后极叶出现就不明显了。极叶突出和缩回各发生两次极叶突出和缩回各发生两次.切除实验证明，切除实验证明，三叶期除去极叶不能形成正常的担轮幼虫，三叶期除去极叶不能形成正常的担轮幼虫，形成缺少中胚层的幼虫；形成缺少中胚层的幼虫；4-细胞期切除细胞期切除D卵裂球也形成缺少卵裂球也形成缺少中胚层的幼虫中胚层的幼虫。证明极叶含有中胚层形成决定子证明极叶含有中胚层形成决定子。壳壳腺腺是是中中胚胚层层细细胞胞诱诱导导外外胚胚层层细细胞胞形形成成的的，除除去去极极叶叶没没有有中中胚胚层形成，也就没有诱导者诱导外胚层形成壳腺。层形成，也就没有诱导者诱导外胚层形成壳腺。.极极叶叶中中形形态态发发生生决决定定子子可可能能位位于于卵卵子子皮皮层层或或细细胞胞骨骨架架中中,而而不在可扩散的细胞质中不在可扩散的细胞质中。将将螺螺(Ilyanassa obsoleto)三三叶叶期期胚胚胎胎离离心心使使极极叶叶中中可可扩扩散散细细胞胞质质流流入入CD卵卵裂裂球球中中,再再切切除除极极叶叶,发发育育的的胚胚胎胎仍仍缺缺少少中中胚胚层层结结构构;将将极极叶叶细细胞胞质质吸吸出出，其其它它部部位位的的细细胞胞质质流流入入极极叶叶,发发育育的的胚胚胎胎正正常常;将将极极叶叶细细胞胞质质加加入入B卵卵裂裂球球中中,B卵卵裂裂球球并并不不产产生生中中胚胚层层结结构构。因因此此可可扩扩散散细细胞胞质质不不含含形形态态发发生生决决定定子子。因因此此，形形态态发发生生决决定定子子可可能能位位于于卵卵子子皮皮层层或或细细胞胞骨骨架中架中.由由于于极极叶叶细细胞胞质质的的进进入入，D 卵卵裂裂球球比比其其它它3个个卵卵裂裂球球都都大大，故故称称其其为为大大卵卵裂裂球球(macromere)。D 分分裂裂产产生生1d 和和1D，1D 分分裂裂产产生生2d 和和2D，2D 分分裂裂产产生生3d和和3D，3D 分分裂裂产产生生4d 和和4D。当当除除去去D 或或1D 或或2D 卵卵裂裂球球时时,发发育育的的胚胚胎胎缺缺少少心心脏脏、消消化化道道、面面盘盘、壳壳腺腺、眼眼和和足足。除除去去3D，胚胚胎胎只只缺缺少少心心脏脏和和消消化化道道。可可见见原原先先存存在在于于D 卵卵裂裂球球中中的的某某些些形形态态发发生生决决定定子子分分配配到到3d卵卵裂球中裂球中。只除去。只除去4D 对胚胎发育没有质的影响。对胚胎发育没有质的影响。但但除除去去4d,则则胚胚胎胎缺缺少少心心脏脏和和消消化化道道。因因此此形形成成心心脏脏和和消消化化道道的的决决定定子子已已分分配配到到4d卵卵裂裂球球中中。4d下下一一次次卵卵裂裂时时产产生生两两个个成成中中胚胚层层细细胞胞，它它们们将将来来形形成成中中胚胚层层的的心脏和内胚层的消化道。心脏和内胚层的消化道。.三三.线虫线虫1.生殖细胞的特化生殖细胞的特化卵卵子子细细胞胞质质中中存存在在区区域域分分布布的的形形态态发发生生决决定定子子，这这在在整整个个动动物物界是普遍现象，最常见的决定子是生殖细胞决定子。界是普遍现象，最常见的决定子是生殖细胞决定子。Boveri第第一一个个对对胚胚胎胎发发育育中中染染色色体体变变化化进进行行了了观观察察，发发现现副副蛔蛔虫虫单单倍倍体体生生殖殖细细胞胞只只有有2条条染染色色体体，第第一一次次卵卵裂裂为为纬纬裂裂形形成成动动物物极极和和植植物物极极两两个个卵卵裂裂球球；在在第第二二次次卵卵裂裂前前动动物物极极卵卵裂裂球球染染色色体体两两端端裂裂解解成成数数十十个个小小片片段段，散散布布细细胞胞质质中中，不不再再加加入入新新形形成成的的细细胞胞核核内内，因因而而失失去去很很多多基基因因，这这一一现现象象称称为为染染色色体体消消减减(chromosome diminution)。植植物物极极卵卵裂裂球球仍仍保保持持正正常常数数目目染染色体。色体。.第第二二次次卵卵裂裂，动动物物极极经经裂裂，植植物物极极纬纬裂裂，在在下下一一次次卵卵裂裂前前靠靠近近动动物物极极的的卵卵裂裂球球染染色色体体消消减减，因因此此4-细细胞胞期期胚胚胎胎只只有有1个个卵卵裂裂球球含含有有正正常常数数目目染染色色体体。此此后后每每次次卵卵裂裂有有一一个个卵卵裂裂球球发发生生染染色色体体消消减减，16-细细胞胞期期只只有有2个个卵卵裂裂球球含含全全数数染染色色体体，最最终终只只有有1个卵裂球含全数染色体形成生殖细胞个卵裂球含全数染色体形成生殖细胞，其它形成体细胞其它形成体细胞。当当将将副副蛔蛔虫虫受受精精卵卵卵卵裂裂前前离离心心使使纺纺锤锤体体旋旋转转90，卵卵裂裂由由纬纬裂裂变变成成经经裂裂形形成成的的两两个个卵卵裂裂球球内内均均不不发发生生染染色色体体消消减减，下下一一次次纬纬裂裂产产生生的的两两个个动动物物极极细细胞胞均均发发生生消消减减，植植物物极极均均不不。说说明明植植物物极极含含有有某某些些物物质质保保护护卵卵裂裂球球染染色色体体不不消消减减，这这些些物物质质决决定定生殖细胞形成，称为生殖细胞形成，称为生殖质生殖质(germ plasm).副副蛔蛔虫虫正正常常受受精精卵卵(A)和和经经离离心心处处理理的的受受精精卵卵(B)分分裂时生殖质的分布裂时生殖质的分布A.正正常常情情况况下下生生殖殖质质保保留留在在最最靠靠植植物物极极的的裂裂球球中中，该该裂裂球球保保留留全全数数染染色色体体，成为生殖干细胞成为生殖干细胞B.离离心心使使第第一一次次卵卵裂裂面面旋旋转转90，由由此此形形成成的的两两裂裂隙隙球球全全保保留留有有生生殖殖质质。两两个个裂裂隙隙球球中中的的染染色色体体都都必必须须不不发发生生消消减减。经经两两次次卵卵裂裂后后，植植物物极极两两个个裂球成为生殖干细胞裂球成为生殖干细胞.2.咽部原始细胞命运的决定咽部原始细胞命运的决定第第一一次次卵卵裂裂产产生生P和和AB卵卵裂裂球球，后后端端P卵卵裂裂产产生生EMS和和P2卵卵裂裂球球，只只有有EMS分分离离后后能能产产生生咽咽部部肌肌肉肉。而而EMS分分裂裂后后产产生生MS和和E两个卵裂球，两个卵裂球，只有只有MS具有形成咽部组织的潜能具有形成咽部组织的潜能。秀秀丽丽线线虫虫胚胚胎胎中中发发现现SKN-1蛋蛋白白质质可可能能是是一一种种“转转录录因因子子”样样形形态态发发生生决决定定子子，它它是是一一种种母母源源性性多多肽肽，控控制制形形成成咽咽后后部部的的EMS卵裂球命运。卵裂球命运。表表明明母母源源性性因因子子分分离离到到特特定定卵卵裂裂球球中中自自主主决决定定形形成成咽咽部部细细胞胞的的命命运运。其其突突变变体体(skn_1)胚胚胎胎既既不不能能由由EMS产产生生咽咽，也也不不能能产生肠。产生肠。.SKN-1在在细细胞胞质质中中处处于于无无活活性性状状态态。第第一一次次卵卵裂裂后后它它大大部部分分进进入入P1细细胞胞核核，少少量量进进入入AB；第第二二次次卵卵裂裂，P1产产生生EMS和和P2 细细胞胞核核均均含含SKN-1。它它可可能能是是一一种种形形态态发发生生决决定定子子，它它能能激激活活所所在在卵卵裂裂球球中中某某些些特特定定基基因因，并并决决定定它它们们的的发发育育命命运运。但但还还需需要要另另外外一一些些因因子子将将SKN-1功功能能限限制制于于EMS卵卵裂裂球球中中，同同时时阻止它们在阻止它们在P2卵裂球中发生作用。卵裂球中发生作用。.把把 SKN-1功功 能能 限限 制制 于于 4-细细 胞胞 期期 EMS卵卵 裂裂 球球 是是 通通 过过 pie-1(pharyngeal and imtestinal excess)和和mex-1(muscle excess)基基因因活活动动实实现现的的。二二者者均均能能调调节节skn-1的的活活动动。pie-1和和mex-1基基因因突突变变将将改改变变秀秀丽丽线线虫虫8-细细胞胞期期胚胚胎胎中中细细胞胞决决定定作作用用，产产生生一一些些额额外的卵裂球形成外的卵裂球形成MS细胞。细胞。在在pie-1缺缺陷陷型型母母体体胚胚胎胎中中，P3和和C姊姊妹妹卵卵裂裂球球分分别别转转变变成成E和和MS卵卵裂裂球球；在在mex-1缺缺陷陷型型母母体体胚胚胎胎中中，AB卵卵裂裂球球产产生生的的子子细细胞胞均均形形成成MS卵卵裂裂球球；在在来来自自同同时时缺缺少少pie-1和和mex-1产产物物母母体体胚胚胎胎中中，其其前前端端6个个细细胞胞为为MS卵卵裂裂球球,后后端端2个个细细胞胞为为E卵裂球。卵裂球。可可见见蛋蛋白白质质PIE-1和和MEX-1可可以以各各自自单单独独发发生生作作用用:MEX-1在在第第一一次次卵卵裂裂时时使使SKN-1不不对对称称地地分分配配到到P1卵卵裂裂球球中中；而而PIE-1在第二次卵裂时使在第二次卵裂时使SKN-1不对称地分配到不对称地分配到EMS卵裂球卵裂球(图图).无无论论怎怎样样野野生生型型基基因因skn-1都都是是额额外外的的MS卵卵裂裂球球形形成成所所必必须须的的;缺缺乏乏skn-1的的胚胚胎胎不不能能形形成成咽咽.这这样样MEX-1,PIE-1和和SKN-1的的激激活活联联系系在在一一起起。PIE-1也也起起促促进进作作用用保保持持生生殖殖细细胞胞全全能能性。性。野生型和突变型胚胎中野生型和突变型胚胎中MS细胞决定模型细胞决定模型.四四.昆虫昆虫1.极质和生殖细胞的分化极质和生殖细胞的分化昆虫卵含有的生殖质能保护生殖细胞染色体免于消减昆虫卵含有的生殖质能保护生殖细胞染色体免于消减.蠓蠓在在胚胚胎胎卵卵裂裂时时多多数数细细胞胞的的染染色色体体由由原原来来40条条失失去去32条条,只只有有位位于于卵卵后后端端的的两两个个细细胞胞核核染染色色体体不不消消减减，并并保保留留一一段段时时间间不不分裂，最终这两个细胞核形成生殖细胞的核分裂，最终这两个细胞核形成生殖细胞的核.当当用用结结扎扎方方法法阻阻止止细细胞胞核核迁迁入入卵卵子子后后端端细细胞胞质质时时，所所有有细细胞胞核核染色体都经历消减，发育成的蠓是不育的染色体都经历消减，发育成的蠓是不育的，缺少生殖细胞。，缺少生殖细胞。当当结结扎扎松松开开让让发发生生染染色色体体消消减减的的细细胞胞核核进进入入卵卵子子后后端端细细胞胞质质，发育的蠓具有生殖细胞，但不能分化成有功能的精子和卵子。发育的蠓具有生殖细胞，但不能分化成有功能的精子和卵子。证证明明:消消减减的的染染色色质质中中含含有有在在生生殖殖细细胞胞形形成成过过程程中中处处于于活活跃跃状状态的基因态的基因.有有研研究究发发现现在在极极细细胞胞(polar cell)形形成成前前除除去去或或破破坏坏蜜蜜蜂蜂卵卵子子的的极极质质(polar plasm)，即即卵卵子子后后端端的的生生殖殖质质，发发育育的的蜜蜜蜂蜂缺缺乏乏生生殖殖细细胞胞，不不能能繁繁殖殖。在在蜜蜜蜂蜂卵卵子子极极质质中中含含有有极极粒粒(polar granule)，虽虽然然其其功功能能尚尚不不清清楚楚，但但它它总总与与极极质质以以后后形形成成生生殖殖细细胞胞联联系系在在一起，成为辨认极质和生殖细胞的标记。一起，成为辨认极质和生殖细胞的标记。蠓胚胎中的蠓胚胎中的染色体消减染色体消减.极极粒粒在在胚胚胎胎发发育育过过程程中中不不断断变变化化：受受精精前前致致密密的的膜膜状状极极粒粒聚聚集集在在线线粒粒体体周周围围，当当胚胚胎胎细细胞胞核核迁迁移移到到极极区区前前，极极粒粒分分散散开开来来，最最终终并并入入极极细细胞胞中中。当当极极细细胞胞向向生生殖殖嵴嵴(germinal ridge)内内迁迁移移时时，极极粒粒进进一一步步分分散散成成被被称称为为朦朦胧胧子子(nuage)的细丝，聚集于核膜周围。的细丝，聚集于核膜周围。极极粒粒这这种种 变变化化很很可可能能普普遍遍存存在在,并并在配子发生中起重要作用在配子发生中起重要作用.右右图图示示将将极极质质从从未未被被辐辐射射的的供供主主移移植植到到被被辐辐射射的的受受体体，可可挽挽救救辐辐射射诱导的不育诱导的不育.l图由左至右：图由左至右：l1正常胚胎具有卵裂球和极细胞正常胚胎具有卵裂球和极细胞l2卵裂早期被辐射胚胎具有卵裂卵裂早期被辐射胚胎具有卵裂球但无极细胞球但无极细胞;l3 注入极质的被辐射胚胎注入极质的被辐射胚胎.2.果蝇晚期发育中细胞不对称分裂果蝇晚期发育中细胞不对称分裂果果蝇蝇神神经经系系统统的的研研究究表表明明，形形态态发发生生决决定定子子可可能能在在胚胚胎胎发发育育晚晚期期发发生生分分离离。果果蝇蝇幼幼虫虫神神经经系系统统形形成成时时神神经经干干细细胞胞(成成神神经经细细胞胞)分分裂裂产产生生两两个个性性质质截截然然不不同同的的子子细细胞胞:一一个个成成神神经经细细胞胞(干干细细胞胞);另另一一个个成成为为神神经经节节母母细细胞胞(ganglion mother cell)。后者分裂产生的细胞预定分化为神经元后者分裂产生的细胞预定分化为神经元。神神经经节节母母细细胞胞含含有有一一些些特特异异的的蛋蛋白白质质，如如膜膜蛋蛋白白Numb和和转转录录因因子子prospero,它它们们决决定定了了神神经经元元的的发发育育命命运运。虽虽然然这这些些特特异异性性蛋蛋白白质质分分布布于于神神经经节节母母细细胞胞，但但它它们们并并非非在在这这些些细细胞胞内内合成的，它们是合成的，它们是在成神经细胞中合成的在成神经细胞中合成的。.有有研研究究发发现现，在在成成神神经经细细胞胞 中中 合合 成成 的的 Numb 和和prospero位位于于部部分分细细胞胞膜膜上上，当当细细胞胞完完成成分分裂裂后后这这些些蛋蛋白白质质都都分分隔隔到到神神经节母细胞中经节母细胞中(右图右图)。这这两两种种蛋蛋白白质质具具有有一一段段共共同同的的氨氨基基酸酸序序列列，它它可可能能与与成成神神经经细细胞胞分分裂裂时时的的不不对对称称分分离离有有关关，当当这这段段共共同同的的氨氨基基酸酸序序列列被被 剔剔 除除 后后，Numb和和prospero将将被被随随机机地地分分配配到两个子细胞中到两个子细胞中.五五.两栖类生殖细胞的特化两栖类生殖细胞的特化研研究究发发现现林林蛙蛙受受精精卵卵植植物物极极皮皮层层中中含含有有染染色色特特性性和和果果蝇蝇极极质质类类似似的的物物质质,发发育育中中它它流流入入少少数数几几个个预预定定内内胚胚层层细细胞胞,最最后后迁迁移到生殖嵴内移到生殖嵴内,它们是它们是原始生殖细胞原始生殖细胞(下左图下左图)。如如果果将将蛙蛙神神经经胚胚中中向向生生殖殖嵴嵴迁迁移移的的含含原原始始生生殖殖细细胞胞的的内内胚胚层层切切下下，移移植植到到另另一一只只蛙蛙神神经经胚胚中中(下下右右图图):结结果果供供主主细细胞胞核核只只有有一个核仁，受体细胞核有两个核仁，一个核仁，受体细胞核有两个核仁，结果表明结果表明:供主胚胎发育的成蛙不育供主胚胎发育的成蛙不育;受受体体胚胚胎胎发发育育的的成成蛙蛙不不但但正正常常繁繁殖殖，而而且且与与正正常常蛙蛙交交配配产产生生的后代既有细胞核含一个核仁的，也有含两个核仁的。的后代既有细胞核含一个核仁的，也有含两个核仁的。.第四节第四节 形态发生决定子的性质形态发生决定子的性质形形态态发发生生决决定定子子不不但但广广泛泛存存在在于于动动物物卵卵细细胞胞质质中中，而而且且在在细细胞胞分分化化中中起起决决定定性性作作用用。它它可可能能是是一一些些特特异异性性蛋蛋白白质质或或mRNA，它它们们可可激激活活或或抑抑制制某某些些基基因因的的表表达达,从从而而决决定定细细胞胞的的分分化化方向方向。一一.海鞘的形态发生决定子海鞘的形态发生决定子研研究究发发现现海海鞘鞘胚胚胎胎可可能能含含有有两两类类形形态态发发生生决决定定子子:可可以以激激活活某些基因转录的物质某些基因转录的物质;可能是可能是mRNA。因因为为直直到到原原肠肠胚胚才才能能在在B4.1卵卵裂裂球球后后裔裔细细胞胞中中检检测测到到AChE的的mRNA，所所以以它它是是新新合合成成的的；而而且且多多数数组组织织特特异异性性结结构构形形成成对转录抑制剂敏感。对转录抑制剂敏感。.另另外外，可可能能形形态态发发生生决决定定子子以以mRNA的的形形式式存存在在于于卵卵内内一一定定区区域域，如如内内胚胚层层特特异异的的碱碱性性磷磷酸酸酶酶，用用抑抑制制mRNA合合成成的的放放线线菌菌素素D处处理理不不影影响响它它的的合合成成；而而用用抑抑制制蛋蛋白白质质合合成成的的嘌嘌呤呤霉霉素素处处理理则则无无碱碱性性磷磷酸酸酶酶产产生生，因因此此碱碱性性磷磷酸酸酶酶的的mRNA存存在在于于卵卵细细胞胞质质中，在卵裂过程中它被分配到将来发育为内胚层的卵裂球中中，在卵裂过程中它被分配到将来发育为内胚层的卵裂球中.同同样样，肌肌肉肉特特异异性性肌肌动动蛋蛋白白形形成成决决定定子子也也以以mRNA的的形形式式存存在在于于海海鞘鞘卵卵子子黄黄色色新新月月细细胞胞质质的的细细胞胞骨骨架架成成分分，分分布布在在卵卵子子皮皮层层中中，受受精精后后随随黄黄色色物物质质分分隔隔到到植植物物极极，以以后后随随卵卵裂裂进进入入预预定定形形成成肌肌肉的细胞中。肉的细胞中。.二二.果蝇极质果蝇极质果蝇极质能够决定那些含有极质的细胞的命运果蝇极质能够决定那些含有极质的细胞的命运(下下图图):如如将将野野生生型型果果蝇蝇卵卵的的极极质质移移植植到到另另一一个个遗遗传传上上具具有有标标记记的的突突变变体体果果蝇蝇胚胚胎胎的的前前端端，其其细细胞胞类类似似正正常常胚胚胎胎后后部部的的生生殖殖细细胞胞。然然后后将将这这些些前前端端细细胞胞移移植植到到以以不不同同突突变变体体为为标标记记的的受受体体后后部部，它它们们的的后后代代能能迁迁移移到到生生殖殖腺腺，当当将将它它们们与与未未移移植植的的突突变变体体交交配配，产产生生的的后后代代有有些些是是野野生生型型的的，证证明明这这些些后后代代的的生殖细胞来自非亲代的果蝇品系。生殖细胞来自非亲代的果蝇品系。.果果蝇蝇极极粒粒已已分分离离出出,它它主主要要由由蛋蛋白白质质和和mRNA 组组成成。极极质质的的主主要要组组分分之之一一是是gcl(germ cell-less)基基因因转转录录的的mRNA。野野生生型型gcl基基因因在在果果蝇蝇卵卵巢巢的的营营养养细细胞胞中中转转录录，转转录录的的mRNA通通过过环环管管(ring canal)转转运运到到卵卵子子中中，进进入入卵卵子子后后它它很很快快迁迁移移到到卵卵子子后后端端定定位位于于极极质质中中。它它在在卵卵裂裂早早期期翻翻译译成成蛋蛋白白质质，蛋蛋白白质质进进入入细细胞胞核核后后成成为为极极细细胞胞形形成成所所必必须须的。的。.生生殖殖细细胞胞决决定定子子的的另另一一种种可可能能是是Nanos蛋蛋白白质质。Nanos蛋蛋白白质质位位于于卵卵子子后后端端，其其翻翻译译的的蛋蛋白白质质为为果果蝇蝇形形成成腹腹部部和和形形成成生生殖殖细细胞胞所所必必须须。缺缺乏乏Nanos蛋蛋白白质质的的极极细细胞胞不不能能迁迁移移到到生生殖殖嵴嵴中中，因而不能发育成生殖细胞。因而不能发育成生殖细胞。生生殖殖细细胞胞决决定定子子也也可可能能是是线线粒粒体体大大核核糖糖体体RNA(mitochondrial large ribosomal RNA,mtlrRNA)，将将它它注注入入经经UV照照射射的的卵卵子子可可恢恢复复其其生生成成生生殖殖细细胞胞的的能能力力。在在正正常常卵卵子子中中它它位位于于线线粒粒体体之之外，在后部的极质中，但它不进入极细胞内。外，在后部的极质中，但它不进入极细胞内。果果蝇蝇生生殖殖细细胞胞决决定定子子还还可可能能是是位位于于极极粒粒中中不不翻翻译译的的RNA，也也称称极极粒粒组组分分(polar granule component,Pgc)。虽虽然然其其功功能能不不清清，但但它它的的反反义义RNA转转基基因因雌雌性性果果蝇蝇的的极极细细胞胞不不能能迁迁入入生生殖殖腺腺中中，所以它对果蝇生殖细胞的产生至关重要。所以它对果蝇生殖细胞的产生至关重要。.是是什么驱使这些存在于极质的分子迁移到卵子后端什么驱使这些存在于极质的分子迁移到卵子后端？除除绝绝突突变变外外，至至少少7种种基基因因突突变变(cappucino,spire,staufen,oskar,vasa,valoir 和和tudor)涉涉及及其其中中，这这些些突突变变体体腹腹部部发发育育不不良良，不不能产生生殖细胞能产生生殖细胞。通通过过探探测测突突变变体体中中基基因因产产物物mRNA或或蛋蛋白白质质定定位位可可以以搞搞清清楚楚上上述述基基因因作作用用层层次次顺顺序序(下下图图)。已已知知cappucino和和spire基基因因编编码码的的蛋蛋白白质质是是Staufen定定位位于于卵卵子子后后端端必必须须，而而Staufen又又是是oskar mRNA定定位位于于卵卵子子后后端端必必须须，oskar mRNA翻翻译译的的蛋蛋白白质质是是极极粒粒的的一一种种组组分分，它它又又是是另另一一种种极极粒粒组组分分Vasa蛋蛋白白质质定定位位于于卵卵子子后后 端端必必须须，而而tudor和和valoir蛋蛋白白质质对对维维系系Vasa定定位位于于极极质质所不可或缺的。所不可或缺的。极极质质的的形形成成受受oskar mRNA控控制制，其其含含量量及及定定位位决决定定极极细细胞胞的的多多少和形成位置。少和形成位置。.确定生殖细胞决定子位于后端的遗传途径原理示意图确定生殖细胞决定子位于后端的遗传途径原理示意图Cappucino和spire Staufen oskar Vasa tudor生殖细胞决定子生殖细胞决定子.