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绪论1

第一节 发育生物学概述1

第二节 动物发育的主要特征和基本规律2

第三节 发育生物学的发展简史5

一、后成论与先成论5

二、细胞理论对胚胎发育和遗传概念的影响6

三、发育的嵌合型和调整型6

四、诱导的发现6

五、遗传学与胚胎学的结合7

六、分子生物学与发育生物学的结合7

第一篇 发育生物学基础10

第一章 细胞命运的特化10

第一节 定型10

第二节 细胞自主特化11

第三节 细胞渐进特化14

第四节 形态发生素梯度和细胞特化17

第五节 合胞体特化21

第二章 细胞分化的分子机制23

第一节 基因组的等同和基因的差异表达23

一、发育中核潜能的限定23

二、分化细胞核的潜在全能性24

三、发育中基因组的改变24

第二节 转录水平的调控25

一、差异基因表达的研究方法25

二、发育中基因转录水平的调节25

三、差异基因转录的调控机制26

第三节 RNA加工水平的调控30

一、差别RNA加工与基因产物的多样性30

二、选择性RNA加工与性别决定31

第四节 翻译和翻译后水平的调控32

一、mRNA的寿命与蛋白质合成32

二、mRNA的结构与翻译效率33

三、翻译后水平的调控34

第五节 表观遗传修饰与细胞分化34

一、DNA的甲基化与细胞分化35

二、组蛋白的修饰与细胞分化36

三、miRNA与细胞分化37

第三章 发育中的信号转导与网络调控39

第一节 参与早期胚胎发育的信号调节途径39

一、TGF-β信号途径39

二、Wnt信号途径40

三、Hedgehog信号途径42

四、Notch信号途径43

五、酪氨酸激酶受体信号途径43

六、JAK-STAT信号途径45

七、视黄酸信号途径46

八、Hippo信号途径46

第二节 信号活性的调控与相互关联46

一、信号活性的调控46

二、信号途径的关联与整合48

三、形态发生素50

第四章 发育生物学模式生物52

第一节 脊椎动物模式生物52

一、两栖类：非洲爪蛙52

二、鱼类：斑马鱼53

三、鸟类：鸡54

四、哺乳动物：小鼠54

第二节 无脊椎动物模式生物56

一、果蝇56

二、线虫：秀丽隐杆线虫58

第五章 发育生物学研究技术61

第一节 常用发育生物学研究技术61

一、显微镜技术61

二、组织切片技术62

三、分子生物学技术63

四、原位杂交技术63

五、显微注射63

六、报告基因技术63

七、细胞标记技术63

八、DNA芯片技术64

九、系统生物学技术64

第二节 发育遗传学技术64

一、正向遗传学技术64

二、反向遗传学技术67

第二篇 动物胚胎发育76

第六章 生殖细胞发生76

第一节 生殖细胞的起源与分化76

一、生殖质与生殖细胞分化76

二、原生殖细胞的迁移78

三、减数分裂79

四、生殖细胞定向分化的决定80

第二节 精子发生81

一、精子发生81

二、精子形成82

三、精子发生中的基因表达调控83

第三节 卵子发生85

一、卵母细胞的减数分裂85

二、两栖类卵母细胞的成熟85

三、减数分裂的阻断和继续87

四、卵母细胞基因表达的调控87

五、昆虫卵子的发生88

六、哺乳动物卵母细胞的成熟和排卵89

第七章 受精的机制92

第一节 卵母细胞成熟92

第二节 精子获能93

一、获能精子中酶活性的改变影响获能93

二、源于雄性生殖道的受精促进肽95

三、Ca2＋通道在获能过程中的作用95

第三节 精卵识别的分子基础95

一、精子的化学趋向性96

二、具受体功能的精子表面蛋白96

三、参与配子质膜间相互作用的一些具黏附作用的分子97

四、顶体反应的调控机制101

五、阻止多精入卵的机制101

第四节 配子遗传物质的融合102

第五节 卵的激活102

一、受体假说102

二、融合假说103

第八章 卵裂105

第一节 胚胎的卵裂方式105

一、两栖类106

二、哺乳动物107

三、斑马鱼111

四、果蝇112

第二节 卵裂的机制115

一、卵裂周期的调控115

二、促成熟因子116

三、Cdc2激酶116

四、周期蛋白B116

五、Cdc25磷酸酶116

六、其他周期蛋白和依赖于周期蛋白的激酶117

七、细胞分裂检查点：DNA和纺锤体118

八、细胞静止因子119

第九章 胚胎诱导120

第一节 中胚层诱导121

第二节 内胚层命运的诱导122

第三节 外胚层命运的决定和保护123

第四节 中胚层在背腹轴方向的区域化124

第五节 神经诱导126

第十章 原肠胚形成128

第一节 原肠胚形成128

第二节 原肠胚形成中的细胞运动130

一、内陷130

二、下包131

三、细胞迁移132

四、集中和延伸运动134

第十一章 胚轴形成137

第一节 果蝇胚轴形成137

一、果蝇胚胎的极性137

二、果蝇前后轴的形成138

三、果蝇背腹轴的形成140

四、分节基因与果蝇胚胎体节的形成142

第二节 脊椎动物胚轴形成144

一、两栖类背腹轴、前后轴的形成145

二、其他脊椎动物胚轴的形成148

三、左右轴建立的分子机制152

第十二章 神经系统的发育154

第一节 脊椎动物中枢神经系统的图式形成154

一、中枢神经系统的前-后轴图式形成154

二、脊髓背-腹轴的图式形成158

第二节 神经系统的组织分化160

一、神经管细胞的增殖160

二、神经管细胞的迁移161

三、神经上皮的分化161

四、中枢神经系统的组织分化162

第三节 神经连接的形成165

一、神经突起的发育165

二、轴突生长的导向166

三、突触形成169

第十三章 神经嵴的发育与分化171

第一节 神经嵴的分化决定172

一、神经嵴的诱导172

二、神经板边界决定因子174

三、神经嵴决定因子与上皮-间充质转化175

第二节 神经嵴的迁移与分化175

一、神经嵴的区域化175

二、躯干神经嵴的迁移与分化177

三、脑神经嵴的迁移与分化179

四、心脏神经嵴的迁移与分化180

第三节 与神经嵴有关的疾病181

第四节 基板的发育与分化181

第十四章 脊椎动物体节的形成与分化184

第一节 脊椎动物体节的形成184

一、周期性表达基因185

二、周期性表达基因的转录调控185

三、分节钟的分子机制：负反馈调节环路186

四、FGF信号与体节形成187

第二节 脊椎动物体节的分化与肌肉发生187

一、体节的分化187

二、肌肉发生188

第十五章 脊椎动物眼的发育190

第一节 脊椎动物眼的发育过程190

一、眼的发育过程190

二、眼区的形成与分裂190

三、视杯与视泡的形成191

四、晶状体的形成与分化192

五、角膜的发育193

六、虹膜和睫状体的形成193

第二节 视网膜和视神经的发育194

一、视网膜色素上皮的分化194

二、神经视网膜的分化194

三、视神经的发育195

第十六章 脊椎动物心脏的发育197

第一节 心脏原基发生197

一、生心区197

二、心脏中胚层198

三、心脏细胞谱系198

四、心脏诱导199

第二节 心管发生199

一、斑马鱼心管的发生199

二、鸡心管的发生199

三、小鼠心管的发生200

四、人心管的发生200

第三节 心脏环化200

一、右旋环化200

二、S形环化201

三、输出管和心房的位移202

第四节 心脏腔室的形成202

一、心房的形成202

二、心室的形成203

三、心脏间隔的形成203

第五节 脊椎动物心传导系统的发生203

一、节律和传导系统203

二、心室小梁和心室传导系统的发生204

三、环化心管产生房室延搁204

四、浦肯野纤维的起源205

第六节 心脏发育的分子调控机制205

一、心脏基因的程序性表达205

二、转录因子在心肌调控中的作用207

第十七章 呼吸系统的发育210

第一节 肺的早期形态发生概述210

第二节 支气管树的形态发生212

一、肺分支形态发生的模式212

二、肺分支形态发生的分子机制212

第三节 肺的形成215

一、气体交换单位——肺泡的形成215

二、肺间质的发育216

三、肺血管的发育217

第四节 干细胞和肺上皮细胞的分化217

一、肺干细胞217

二、肺上皮细胞的分化218

第十八章 性腺发育与性别决定221

第一节 哺乳动物性腺的发育221

一、双潜能性腺的形成221

二、睾丸的发育222

三、卵巢的发育222

四、生殖管道的分化222

第二节 性别分化224

一、雄性决定的分子机制224

二、雌性决定的分子机制224

第十九章 脊椎动物肢的发育与再生226

第一节 脊椎动物肢的发育机制226

一、肢的结构与基本发育过程226

二、肢芽的形成227

三、近-远轴方向的生长与图式形成227

四、肢前-后轴的图式形成229

五、肢芽背-腹轴的图式形成231

六、三个轴发育的协调231

第二节 两栖动物肢的再生232

一、肢再生的基本过程232

二、再生芽基细胞的来源232

三、去分化的分子机制233

四、再生芽基的形成与细胞增殖234

五、蝾螈肢再生中的图式重建234

第二十章 昆虫蜕皮与变态238

第一节 昆虫蜕皮与变态238

一、昆虫蜕皮238

二、昆虫变态239

第二节 昆虫蜕皮与变态的激素调控241

一、PTTH促进前胸腺合成蜕皮激素242

二、蜕皮激素信号转导途径242

三、保幼激素信号转导途径245

四、胰岛素信号转导途径245

第三节 蜕皮激素与保幼激素的相互作用246

第四节 昆虫蜕皮与变态分子机制研究成果在生产中的应用247

第三篇 发育生物学其他研究领域250

第二十一章 干细胞生物学250

第一节 干细胞概述250

一、干细胞与个体发育250

二、干细胞的定义与分类250

三、干细胞研究简史251

第二节 胚胎干细胞252

一、胚胎干细胞的特征252

二、胚胎干细胞的分离培养254

三、胚胎干细胞的体外诱导分化255

四、胚胎干细胞的应用前景与研究所面临的问题257

第三节 成体干细胞258

一、成体干细胞种类和分化259

二、成体干细胞可塑性的机制与调控261

三、成体干细胞的应用前景及存在的问题261

第四节 诱导多能干细胞262

一、诱导多能干细胞的概念262

二、诱导多能干细胞的研究过程262

三、诱导多能干细胞的应用前景及难题263

第二十二章 发育机制的进化265

第一节 达尔文的发育与进化观265

第二节 胚胎起源——单细胞生物到多细胞生物的演化266

第三节 进化的先决条件——模块化和分子简约性267

一、模块化：隔离演变268

二、分子简约性：基因倍增与演变268

第四节 深度同源270

第五节 进化的机制271

一、异位表达271

二、异时表达272

三、异量表达272

四、异型表达272

第六节 发育对进化的限制273

一、物理限制274

二、形态限制：反应-扩散模型274

三、系统发生限制274

第二十三章 发育可塑性与共生277

第一节 环境——影响表型的正常因子277

一、食物诱导的非遗传多型性278

二、天敌诱导的非遗传多型性279

三、温度诱导的非遗传多型性281

第二节 行为表型的环境诱导282

第三节 学习——神经系统的发育可塑性283

第四节 生活史与非遗传多型性285

一、滞育285

二、幼虫附着285

三、锄足蟾：艰难生存285

第五节 发育共生现象286

一、共生发育机制287

二、专性互利共生288

三、哺乳类消化管共生微生物288

第二十四章 植物的生长发育290

第一节 植物的早期发育290

一、植物胚胎发生过程290

二、植物胚胎极性的建立292

三、植物胚胎发育的基因调控292

第二节 植物的分生组织及营养生长295

一、植物的分生组织295

二、植物的营养生长297

第三节 植物的生殖发育301

一、成花诱导301

二、花器官的发育302

第二十五章 发育生物学与癌症304

第一节 胚胎发育与癌症304

一、胚胎与癌症的相似性304

二、研究较广的肿瘤及发育相关信号转导途径305

第二节 用发育生物学的方法研究肿瘤309

一、命运图谱309

二、细胞重编程技术311

三、活体成像312

索引314