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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B 116

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