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第1章新个体的形成 发育的组织化机制1

1.1 “你是怎样的？”——发育生物学问题的来源2

1.2 生命周期3

1.3范例：蛙的一生4

1.3.1 配子发生和受精4

1.3.2 卵裂和原肠胚形成5

1.3.3 器官发生5

1.3.4 变态和配子发生7

1.4比较胚胎学8

1.4.1 后成说与先成说8

1.5早期发育概述10

1.5.1 卵裂图式10

1.5.2 原肠胚形成：“你生命中最重要的时刻”11

1.5.3 胚胎各部分的命名：初级胚层和早期器官12

1.6追踪运动细胞：命运图谱和细胞谱系15

1.6.1 命运图谱16

1.6.2 活体胚胎的直接观察17

1.6.3 染料标记17

1.6.4 遗传标记18

1.6.5 转基因嵌合体19

1.7演化胚胎学20

1.7.1 胚胎同源性21

1.8医学胚胎学和畸形学23

1.8.1 遗传畸形与综合征23

1.8.2 干扰和致畸因子23

第2章特征的特化 发育的图式化机制27

2.1命运定型的层次28

2.1.1 细胞分化28

2.1.2 命运定型29

2.2自主性特化29

2.2.1 被囊动物的细胞质决定物和自主性特化30

2.3条件性特化32

2.3.1 细胞的位置的重要性：海胆胚胎的条件性特化33

2.4合胞体性特化35

2.4.1 反向的中轴梯度确立位置信息36

2.5 彩虹般的细胞特征38

第3章差异性基因表达 细胞分化的机制43

3.1 差异性基因表达的定义44

3.2 中心法则的快速入门44

3.3 基因组均等性的证据45

3.4调节基因的可及性47

3.4.1 染色质的松解和致密：组蛋白作为门警48

3.4.2 甲基化记忆的维持49

3.5基因的解剖结构49

3.5.1 外显子和内含子50

3.5.2 顺式调控元件：一个基因的开、关和调光器52

3.5.3 转录因子功能58

3.6 基因调控网络：确定单个细胞62

3.7差异性基因转录的机制64

3.7.1 高和低CpG含量启动子差异调控的蛋白质64

3.7.2 DNA甲基化——另一个关键的转录开关64

3.8差异性RNA加工68

3.8.1 差异性核RNA加工产生一些家族的蛋白质69

3.8.2 剪接增强子和识别因子70

3.9基因表达在翻译水平上的调控72

3.9.1 差异性mRNA寿命72

3.9.2 储存的卵母细胞mRNA：mRNA翻译的选择性抑制73

3.9.3 核糖体选择性：mRNA翻译的选择性激活75

3.9.4 微RNA：mRNA翻译和转录的特异调节75

3.9.5 细胞质定位对RNA表达的调控78

3.10 基因表达的翻译后调节79

3.11发育遗传学研究的基本方法80

3.11.1 描述基因的表达80

3.12 检测基因功能82

第4章细胞之间的信息传递 形态发生的机制89

4.1 细胞之间信息传递的快速入门90

4.2黏附和分选：近分泌信号传递和形态发生的物理现象91

4.2.1 差异性的细胞亲和力91

4.2.2 细胞之间相互作用的热动力学模型93

4.2.3 钙黏着蛋白和细胞黏附94

4.3细胞外基质作为发育信号的来源97

4.3.1 整联蛋白：细胞外基质分子的受体99

4.4 上皮到间充质转换100

4.5细胞信号传递101

4.5.1 诱导和反应能力101

4.5.2 相互诱导103

4.5.3 上皮与间充质的相互作用105

4.5.4 昆虫气管：诱导信号与钙黏着蛋白调节的结合106

4.6旁分泌因子：诱导物分子107

4.6.1 形态发生素梯度107

4.6.2 信号转导级联反应：对诱导物的应答109

4.6.3 成纤维细胞生长因子及受体酪氨酸激酶途径110

4.6.4 成纤维细胞生长因子和JAK-STAT途径111

4.6.5 Hedgehog家族113

4.6.6 Wnt家族116

4.6.7 转化生长因子-β超家族120

4.6.8 其他旁分泌因子122

4.7旁分泌信号转导的细胞生物学122

4.7.1 局部的膜突出作为信号源124

4.8近分泌信号传递对细胞特征的作用127

4.8.1 Notch信号途径：并置的配体和受体对图式形成的作用127

4.8.2 旁分泌和近分泌信号的协调：线虫阴门的诱导128

4.8.3 Hippo：信号途径的集成器130

第5章干细胞 干细胞的潜能和微环境133

5.1干细胞的概念134

5.1.1 分裂和自我更新134

5.1.2 潜能性确定一个干细胞134

5.2 干细胞的调节136

5.3胚胎中的多能干细胞137

5.3.1 内细胞团细胞137

5.3.2 促进内细胞团细胞多能性的机制138

5.4成体干细胞微环境139

5.4.1 果蝇干细胞促进生殖细胞发育140

5.5室管膜-室管膜下区的成体神经干细胞微环境142

5.5.1 室管膜-室管膜下区神经干细胞微环境143

5.5.2 细胞之间的相互作用维持神经干细胞储备144

5.5.3 促进室管膜-室管膜下区微环境的分化145

5.5.4 环境因素对神经干细胞微环境的影响145

5.6成体的肠干细胞微环境147

5.6.1 肠隐窝中的克隆性更新147

5.6.2 隐窝中的调节机制149

5.7干细胞补充成体血液的多种细胞谱系150

5.7.1 造血干细胞微环境150

5.7.2 骨内膜微环境的调节机制150

5.7.3 血管周微环境的调节机制152

5.8间充质干细胞：支持各种成体组织153

5.8.1 间充质干细胞发育的调节153

5.8.2 参与成体组织的维持和再生的其他干细胞154

5.9研究发育和疾病的人类模型体系155

5.9.1 实验室的多能干细胞155

5.9.2 诱导多能干细胞158

5.9.3 类器官：在培养皿中研究人的器官发生161

5.10 干细胞：希望还是炒作？164

第6章性别决定和配子发生169

6.1 染色体性别决定170

6.2 哺乳动物的性别决定图式170

6.3哺乳动物的初级性别决定172

6.3.1 发育中的生殖腺172

6.3.2 初级性别决定的遗传机制：决策174

6.3.3 卵巢途径：Wnt4和R-spondin1174

6.3.4 睾丸途径：Sry和Sox9176

6.3.5 正确的时间和正确的位置178

6.4哺乳动物的次级性别决定：性别表型的激素调节180

6.4.1 次级性别决定的遗传分析181

6.5果蝇中的染色体性别决定184

6.5.1 性别致死基因184

6.5.2 双重性别基因：性别决定的转换基因187

6.6 环境性别决定188

6.7哺乳动物的配子发生189

6.7.1 减数分裂：生命周期的交汇190

6.7.2 哺乳动物的配子发生：精子发生193

6.7.3 哺乳动物的配子发生：卵子发生195

结束语197

第7章受精 一个新生物体的开始201

7.1配子的结构202

7.1.1 精子202

7.1.2 卵子203

7.1.3 卵与精子的识别205

7.2海胆的体外受精206

7.2.1 精子吸引：远距离作用207

7.2.2 顶体反应208

7.2.3 卵细胞外被的识别209

7.2.4 卵与精子的细胞膜融合211

7.2.5 一个卵子，一个精子211

7.2.6 多精入卵的快阻断211

7.2.7 多精入卵的慢阻断212

7.2.8 钙离子启动皮质颗粒反应214

7.3海胆卵代谢的激活215

7.3.1 细胞内钙离子的释放216

7.3.2 钙释放的作用217

7.4 海胆中遗传物质的融合220

7.5哺乳动物的体内受精221

7.5.1 配子进入输卵管：转位和获能221

7.5.2 卵母细胞附近：超活化、趋温性和趋化性223

7.5.3 位于透明带的顶体反应和识别224

7.5.4 配子融合与多精入卵的阻断225

7.5.5 遗传物质的融合226

7.5.6 哺乳动物卵的激活228

结束语228

第8章蜗牛和线虫的快速特化233

8.1后生动物的发育图式234

8.1.1 基础门类234

8.1.2 三胚层动物：原口和后口动物234

8.2 蜗牛的早期发育236

8.3蜗牛胚胎的卵裂236

8.3.1 蜗牛卵裂的母体调控238

8.3.2 蜗牛的命运图谱240

8.3.3 细胞的特化和极叶240

8.3.4 改变卵裂图式而改变进化：来自一个双壳类软体动物的例子244

8.4 蜗牛的原肠胚形成245

8.5 秀丽隐杆线虫246

8.6秀丽隐杆线虫的卵裂和体轴形成248

8.6.1 旋转卵裂248

8.6.2 前-后轴的形成249

8.6.3 背-腹和左-右轴的形成250

8.6.4 卵裂球特征的控制250

8.7 线虫的原肠胚形成253

第9章果蝇体轴特化的遗传学257

9.1果蝇的早期发育258

9.1.1 受精259

9.1.2 卵裂259

9.1.3 中囊胚期转换260

9.1.4 原肠胚形成261

9.2 果蝇躯体图式形成的遗传机制263

9.3分节和前-后躯体图式264

9.3.1 卵母细胞的前-后极性265

9.3.2 母体梯度：卵母细胞的细胞质对极性的调节265

9.3.3 前部组织中心：Bicoid和Hunchback梯度270

9.3.4 末端基因272

9.3.5 果蝇早期前-后轴特化的总结272

9.4分节基因272

9.4.1 体节和副体节272

9.4.2 裂隙基因274

9.4.3 成对规则基因275

9.4.4 体节极性基因277

9.5 同源异形选择者基因279

9.6背-腹轴的产生281

9.6.1 卵母细胞中背-腹图式的形成281

9.6.2 胚胎内部背-腹轴的产生282

9.6.3 细胞核Dorsal梯度的建立283

9.7 体轴和器官原基：直角坐标模型285

结束语285

第10章海胆和被囊动物 后口无脊椎动物289

10.1海胆的早期发育290

10.1.1 早期卵裂290

10.1.2 囊胚形成291

10.1.3 命运图谱和海胆卵裂球的命运决定292

10.1.4 基因调控网络和成骨间充质的特化293

10.1.5 植物极细胞的特化297

10.2海胆的原肠胚形成297

10.2.1 成骨间充质的内移297

10.2.2 原肠腔的内陷301

10.3被囊动物的早期发育303

10.3.1 卵裂303

10.3.2 被囊动物的命运图谱304

10.3.3 被囊动物卵裂球的自主性和条件性特化304

第11章两栖类和鱼类309

11.1两栖类的早期发育309

11.1.1 受精、皮质旋转和卵裂310

11.1.2 两栖类的原肠胚形成313

11.1.3 两栖类体轴的逐步决定318

11.1.4 Hans Spemann和Hilde Mangold的研究工作319

11.1.5 两栖类体轴形成的分子机制322

11.1.6 神经诱导沿前-后轴的区域特异性332

11.1.7 特化左-右轴337

11.2斑马鱼的早期发育338

11.2.1 卵裂340

11.2.2 原肠胚形成和胚层形成342

第12章鸟类和哺乳类351

12.1鸟类的早期发育352

12.1.1 鸟类胚胎的卵裂352

12.1.2 鸟类胚胎的原肠胚形成354

12.1.3 体轴特化和鸟类的“组织者”360

12.2哺乳动物的早期发育362

12.2.1 卵裂362

12.2.2 哺乳动物的原肠胚形成367

12.2.3 哺乳动物的体轴形成369

12.2.4 孪生375

结束语376

第13章神经管的形成和图式化381

13.1神经板转变成神经管：中枢神经系统的诞生382

13.1.1 初级神经胚形成384

13.1.2 次级神经胚形成393

13.2中枢神经系统的图式化394

13.2.1 前-后轴394

13.2.2 背-腹轴395

13.2.3 反向的形态发生素396

13.2.4 转录的交叉阻遏399

13.3 综合所有的轴向400

第14章脑生长403

14.1发育的中枢神经系统的神经解剖学404

14.1.1 发育的中枢神经系统细胞404

14.1.2 发育的中枢神经系统的各种组织406

14.2调节脑生长的发育机制410

14.2.1 分裂过程中神经干细胞的行为410

14.2.2 神经发生：自下而上（或从内向外）的构建411

14.2.3 神经胶质作为小脑和新皮质分层的脚手架413

14.2.4 调控新皮质发育的信号机制414

14.3人脑的发育417

14.3.1 出生后胎儿神经元的生长速度418

14.3.2 山峦提升了学习视野418

14.3.3 神经元生长的基因421

14.3.4 高转录活性421

14.3.5 青少年的脑：架线但没有连接422

第15章神经嵴细胞和轴突特异性425

15.1神经嵴425

15.1.1 神经嵴的区域化426

15.1.2 神经嵴：局限性多能干细胞？428

15.1.3 神经嵴细胞的特化429

15.1.4 神经嵴细胞的迁移：上皮性到间充质性以及更多432

15.1.5 躯干神经嵴细胞的迁移途径435

15.1.6 颅神经嵴441

15.1.7 “追逐和逃离”模型443

15.1.8 源自神经嵴的头部骨骼444

15.1.9 心脏神经嵴446

15.2建立神经系统中的轴突途径447

15.2.1 生长锥：轴突寻径的驱动器和引擎448

15.2.2 轴突导向452

15.2.3 运动神经元内在的导航编程453

15.2.4 轴突如何穿过了路径？456

15.2.5 视网膜神经节轴突的延伸461

15.2.6 目标选择：“我们到达目的地了吗”463

15.2.7 突触形成466

15.2.8 细胞死亡的一个程序467

第16章外胚层基板和表皮475

16.1颅基板：我们头部的感官475

16.1.1 视觉器官发育的动态：脊椎动物的眼睛477

16.1.2 眼场的形成：视网膜的起点478

16.1.3 晶状体-视网膜诱导级联反应480

16.2表皮及其皮肤附属器485

16.2.1 表皮的来源485

16.2.2 外胚层附属器486

结束语493

第17章轴旁中胚层 体节及其衍生物497

17.1 体节的细胞类型499

17.2沿前-后轴建立轴旁中胚层和细胞命运500

17.2.1 轴旁中胚层的特化500

17.2.2 同源异形基因的时空共线性沿躯干决定体节特征502

17.3体节发生505

17.3.1 体轴延伸：尾部祖细胞区和组织间的力量506

17.3.2 时钟-波阵面模型509

17.3.3 时钟-波阵面与同源异形基因介导的中轴特征及体节发生终结514

17.4生骨节的发育516

17.4.1 椎骨形成516

17.4.2 腱的形成：生腱节519

17.4.3 背主动脉的形成521

17.5生皮肌节的发育521

17.5.1 中央生皮肌节的决定522

17.5.2 生肌节的决定523

17.5.3 神经嵴调节肌生成的一个新模型525

17.6骨发生：骨的发育525

17.6.1 软骨内成骨526

17.6.2 机械力转导与脊椎动物骨发育529

17.7肌肉的成熟530

17.7.1 成肌细胞和肌纤维530

17.7.2 卫星细胞：未融合的肌祖细胞531

17.7.3 肌肉骨骼系统中的机械力转导532

第18章居间中胚层和侧板中胚层 心脏、血液和肾535

18.1居间中胚层：肾536

18.1.1 居间中胚层的特化：Pax2、Pax8和Lim1537

18.1.2 发育中的肾脏组织之间的互相作用538

18.2侧板中胚层：心脏和循环系统543

18.2.1 心脏发育545

18.2.2 血管形成553

18.2.3 血细胞发生：干细胞和持久祖细胞556

结束语560

第19章四足动物肢的发育563

19.1 肢的解剖结构563

19.2 肢芽564

19.3同源异形基因对肢骨骼特征的特化566

19.3.1 近端到远端：肢中的同源异形基因566

19.3.2 从鳍到手指：同源异形基因与肢的进化567

19.4决定肢形成的类型和位置569

19.4.1 特化肢场569

19.4.2 早期肢芽的诱导569

19.5外向生长：产生肢的近-远轴574

19.5.1 外胚层顶嵴574

19.5.2 特化肢中胚层：决定近-远端极性576

19.5.3 图灵模型：近-远端肢发育的反应-扩散机制579

19.6前-后轴的特化582

19.6.1 Sonic hedgehog确定极性活性区582

19.6.2 Sonic hedgehog特化指的特征584

19.6.3 Sonic hedgehog和成纤维细胞生长因子：另一个正反馈环586

19.6.4 同源异形基因对指的特化587

19.6.5 自我组织的指骨骼发生的图灵模型589

19.7 产生背-腹轴590

19.8细胞死亡与指和关节的形成592

19.8.1 雕塑肢梢592

19.8.2 形成关节593

19.8.3 持续的肢生长：骺板594

19.8.4 成纤维细胞生长因子受体：侏儒595

19.9 改变肢信号中心而发生的进化595

第20章内胚层 消化和呼吸的管道与器官599

20.1 咽602

20.2消化管及其衍生物603

20.2.1 肠组织的特化604

20.2.2 附属器官：肝、胰腺和胆囊605

20.3 呼吸管610

第21章变态 发育中激素的重新活化615

21.1两栖类的变态616

21.1.1 两栖类变态的形态变化616

21.1.2 两栖类变态的激素控制618

21.1.3 区域性特异的发育程序621

21.2昆虫的变态622

21.2.1 成虫盘（器官芽）623

21.2.2 昆虫变态的激素调控626

21.2.3 20-羟基蜕皮激素活性的分子生物学626

21.2.4 翅成虫盘的决定630

21.3 长腕幼体的变态632

第22章再生635

22.1 多种方式的重建636

22.2水螅：干细胞介导的再生、变形再生、新建再生637

22.2.1 三种干细胞的日常细胞替换637

22.2.2 头部激活物638

22.2.3 头部抑制梯度640

22.3 扁形动物中干细胞介导的再生642

22.4蝾螈：肢的新建再生647

22.4.1 顶端表皮帽和再生芽基的形成647

22.4.2 芽基细胞的增殖：对神经和顶端表皮帽的需求648

22.5 诱导斑马鱼器官再生的机制652

22.6 哺乳动物的再生655

第23章老龄化和老年化661

23.1基因和老龄化661

23.1.1 DNA修复酶662

23.1.2 老龄化和胰岛素信号级联663

23.1.3 mTORC1途径665

23.1.4 染色质修饰665

23.2 随机表观遗传漂移666

23.3 干细胞与老龄化667

23.4 老龄化规则的一些例外669

第24章健康和疾病中的发育 出生缺陷、环境激素和癌症673

24.1 偶然性的作用674

24.2人类发育的遗传错误674

24.2.1 一些人类综合征的本质674

24.2.2 遗传和表型异质性675

24.3畸形发生：环境侵害对动物的发育676

24.3.1 酒精是一种致畸因子678

24.3.2 视黄酸是致畸因子681

24.4环境激素：成体疾病的胚胎起源682

24.4.1 乙菧酚683

24.4.2 双酚A684

24.4.3 阿特拉津：通过激素合成的内分泌干扰687

24.4.4 液压破碎法：内分泌干扰的潜在新来源688

24.5 发育紊乱的跨代遗传688

24.6癌症是一种发育的疾病689

24.6.1 癌症的发育疗法693

结束语694

第25章发育和自然环境 发育的生物、非生物和共生调节697

25.1环境是产生表型的正常因素698

25.1.1 食物诱导的非遗传多型性699

25.1.2 反捕食多型性701

25.1.3 温度是一种环境因素703

25.2多型性的生命周期705

25.2.1 幼体附着705

25.2.2 锄足蟾的艰辛生活706

25.3发育共生707

25.3.1 发育共生的机制：使伙伴相聚708

25.3.2 鱿鱼与弧菌的共生709

25.3.3 专性发育互利共生709

25.3.4 哺乳动物肠中的发育共生711

结束语713

第26章发育与进化 进化的发育机制717

26.1 渐变演替：为什么动物既相同也不同718

26.2进化的前提：基因组的发育结构718

26.2.1 模块化：分离产生差异719

26.2.2 分子简约性：基因重复和差异720

26.3 深度同源性723

26.4进化的机制724

26.4.1 异位发生724

26.4.2 异时发生725

26.4.3 异量发生726

26.4.4 异型发生727

26.5 发育限制对进化的作用729

26.6可选择的表观遗传变异731

26.6.1 遗传同化732

26.6.2 环境诱导的表型固定734

结束语735

术语表739