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第1章 概论 1

第1节 发育生物学发展简史 1

一、发育生物学的起源 2

二、近代研究进展 3

第2节 现代发育生物学的建立与发展 3

一、细胞理论的建立 3

二、发育遗传学的建立 5

三、细胞行为与细胞功能 7

四、细胞命运决定 8

五、模式形成与位置信息的翻译 13

六、发育的可靠性 14

第3节 发育生物学的研究对象 14

一、局部特化 15

二、细胞分化 15

三、变态 15

四、生长 15

第4节 发育生物学研究的主要问题 15

一、分化问题 16

二、形态发生问题 16

三、生长问题 16

四、生殖问题 16

五、再生问题 16

六、进化问题 17

七、环境整合问题 17

第5节 发育生物学研究技术和方法 17

一、显微镜技术 17

二、组织学技术 18

三、研究基因表达的生化技术 19

四、蛋白质研究技术 21

五、原位杂交法研究基因表达 22

六、显微注射技术 23

七、细胞标记技术 24

八、细胞分选技术 25

延伸阅读 25

第2章 发育生物学的基本原理 27

第1节 发育的基本特征 27

一、配子生成 27

二、早期发育 29

三、形态发生过程 32

四、生长与死亡 36

第2节 发育的分子生物学原理 37

一、基因 37

二、转录因子家族 39

三、信号传导系统 44

四、诱导因子家族 45

五、细胞骨架 50

六、细胞黏附分子 51

七、细胞外基质 52

第3节 发育的胚胎学原理 53

一、正常发育 53

二、发育承诺 55

三、发育承诺的获得 56

四、同源异型基因 58

第4节 发育的细胞生物学原理 59

一、细胞黏附 59

二、细胞迁移 62

三、细胞信号传导 62

四、细胞死亡途径 73

五、细胞分化状态的维持 75

六、细胞外基质作为分化信号的来源 76

第5节 发育的遗传学原理 78

一、基因的结构 78

二、基因突变 82

三、突变筛选 85

四、转基因技术 85

五、基因组等同性与动物克隆 88

六、差异RNA加工 90

七、翻译水平基因表达的控制 92

第6节 发育的表观遗传调节 98

一、表观遗传调节的分子机制 98

二、发育过程的表观遗传调节 102

延伸阅读 104

第3章 模式生物发育 108

第1节 秀丽隐杆线虫的发育 108

一、正常发育 108

二、胚胎局部特化 110

三、细胞程序性死亡 114

第2节 果蝇的发育 115

一、果蝇的发育特点 115

二、果蝇的正常发育 115

三、发育程序 118

四、背腹模式形成 118

五、前后轴系系统 120

第3节 非洲爪蟾的发育 126

一、卵子生成、成熟与受精 126

二、胚胎发育过程 127

三、局部特化 131

四、诱导性互作 134

第4节 斑马鱼的发育 139

一、正常发育 139

二、局部特化 140

第5节 鸡的发育 142

一、正常发育 142

二、胚胎外膜 146

三、命运图 146

四、早期胚胎的局部特化 147

五、器官发生 149

第6节 小鼠的发育 151

一、受精 152

二、胚胎发育 153

三、发育过程中的局部特化 158

第7节 拟南芥的发育 161

一、拟南芥与作物科学的研究进展 161

二、植物建构相关基因及其在作物改良中的应用 162

三、非生物应激及非生物应激耐受 165

延伸阅读 166

第4章 动物配子发生与成熟 167

第1节 原生殖细胞的发生 167

一、哺乳动物生殖细胞系的起源 167

二、生殖细胞特化 168

三、生殖细胞迁移 170

四、PGC行为的控制 172

五、生殖细胞系的多能性 173

六、XX及XY性腺生殖细胞的性别特异性分化 175

七、生殖细胞的两性异形 176

第2节 精子发生与成熟 178

一、精子的结构与功能 178

二、精子生成的基本过程 183

三、精子生成与曲细精管上皮周期 185

四、血睾屏障及在精子生成中的作用 189

五、精子生成过程中细胞事件的协调 192

六、曲细精管微环境与精子生成 197

七、精子生成的基因调控 202

第3节 卵子生成与成熟 210

一、卵巢发生与卵子生成 210

二、卵泡组装 212

三、卵泡生成的动态变化 214

四、卵母细胞生成及原始卵泡形成 215

五、原始卵泡的维持及开始时的募集 217

六、腔前卵泡生成 220

七、壁细胞的形成 222

八、有腔卵泡发育 225

九、卵母细胞成熟 226

十、卵泡生成中的基因表达 230

延伸阅读 231

第5章 受精与新个体的创建 233

第1节 输卵管环境与新生命的创建 233

一、精子在输卵管中的变化 233

二、卵母细胞在输卵管中的变化 236

三、卵母细胞与精子在输卵管中的互作 237

第2节 受精的基本过程 239

一、精子在雌性生殖道中的迁移 239

二、精子-卵丘互作 240

三、顶体反应 241

四、精子穿入透明带 241

五、精子与卵子融合 243

第3节 配子受精能力的获得 244

一、卵子受精能力的获得 244

二、精子获能 244

三、获能过程中精子头部质膜的重组 247

四、精子获能的分子机制 251

第4节 顶体反应 253

一、顶体反应的意义 254

二、顶体反应过程 254

三、顶体反应的部位 255

四、顶体反应的调节 256

第5节 精子Ca2＋储及其在受精中的作用 260

一、精子的Ca2＋储 260

二、精子Ca2＋储通道 261

三、Ca2＋储在精子中的作用 262

四、受精过程中CatSper通道的钙信号传导 263

第6节 卵子的多功能透明带 265

一、透明带的基本特性 265

二、ZP3在受精中的作用 267

第7节 卵子表面在受精时的重组 269

一、精子与卵子的互作时卵子表面的变化 269

二、皮质颗粒反应 270

三、内吞作用 270

四、受精膜的形成 271

第8节 精卵识别 273

一、精子与透明带的结合 273

二、配子受体 276

第9节 精卵互作 279

一、配子膜融合的基本事件 279

二、精子与卵丘的互作 281

三、精子穿过透明带 282

四、精卵质膜的互作 286

五、精卵质膜融合后的事件 288

六、精子-卵子互作机制 291

第10节 卵子激活 292

一、调节卵子激活的细胞内第二信使 293

二、引起卵子激活的信号传导途径 294

三、激活卵子的钙振动的动力学 296

延伸阅读 300

第6章 胚胎生成与早期胚胎发育 301

第1节 卵裂与囊胚形成 301

一、卵裂的基本特点 302

二、卵裂类型 304

三、卵裂的机制 306

第2节 桑葚胚凝结及囊胚形成 308

一、桑葚胚凝结 308

二、囊胚形成 310

三、囊胚延长 311

四、附植前胚胎极性与细胞命运决定 312

五、滋养胚分化及胚胎模式形成的基因调控 314

六、发育早期的创制与破坏 317

七、有丝分裂早期的细胞周期调控 319

第3节 附植前胚胎细胞的分化 321

一、附植前胚胎发育的调整特点 321

二、滋养外胚层的命运特化 324

第4节 早期胚胎细胞命运决定 327

一、附植前胚胎的形态发生 328

二、发育潜力与发育 328

三、TE及ICM的特化 329

四、PrE与上胚层的分离 331

第5节 胚胎基因组激活 335

一、附植前后胚胎基因组重编程 335

二、受精后早期发育及母体效应基因产物 337

三、合子基因组激活 339

四、早期胚胎的染色质重构及表观遗传 342

第6节 胚胎附植 345

一、附植的基本特点 346

二、附植过程 346

三、胚胎滞育与缓附植 351

四、胚胎附植的分子机制 355

第7节 怀孕识别与建立 362

一、孕体信号分子与怀孕的建立 362

二、怀孕识别及调控 365

三、怀孕的建立及维持中信号传导途径间的关系 370

延伸阅读 371

第7章 性别决定与性别分化 373

第1节 线虫的性别决定与性别分化 373

一、线虫的性别 374

二、线虫的性别决定途径 376

三、TRA-1对生殖细胞命运决定的转录调控 379

四、性别决定途径的调整与雌雄同体的形成 380

五、TRA-2与FEM-3水平之间平衡的维持 382

六、性别分化及两性异形 383

七、性别决定与性别分化界面 388

八、有待研究的问题 389

第2节 果蝇的性别决定与性别分化 391

一、性别决定 391

二、两性异形的形成 395

三、两性异形小生境对生殖细胞的调节 404

四、热点问题 408

第3节 鱼类的性别决定与性别分化 409

一、鱼类的PGC及其分化 410

二、性别决定系统 411

三、性别分化中的发育和细胞事件 421

四、性腺分化 422

第4节 哺乳动物的性别决定 424

一、哺乳动物性别决定的研究进展 425

二、性别决定的分子控制 427

三、第二性征分化 431

第5节 哺乳动物生殖细胞的性别决定 432

一、生殖细胞的形成、迁移及成熟 432

二、生殖嵴中的双能生殖细胞 434

三、生殖细胞的性别决定 435

延伸阅读 440

第8章 胚轴形成与体轴形成 442

第1节 果蝇胚胎生成中前后轴系的确立 442

一、母体对轴系形成的调控 443

二、果蝇胚胎的分节形成 446

第2节 哺乳动物胚胎前后轴系模式形成 451

一、多元性细胞类群确定前极 452

二、胚外外胚层对前端脏内胚层结构域的限制 454

三、前端脏内胚层的起源 455

四、进化特点 456

第3节 背腹模式形成 457

一、发育轴系的形成及胚胎的发育结构域 457

二、DL核浓度梯度的形成 458

三、背部细胞核浓度梯度对胚胎发育结构域的划分 462

四、Dpp/Sog浓度梯度对背腹轴系模式形成的调节 463

五、果蝇与脊椎动物背腹轴系模式形成之比较 464

延伸阅读 466

第9章 形态发生与组织构建 467

第1节 细胞运动与形态发生 467

一、原肠形成前期胚胎的形态发生运动 468

二、原肠形成开始时组织前体的保守分布 470

三、外包 470

四、内化 470

五、收敛与伸展运动 472

第2节 基膜与细胞迁移 478

一、细胞外基质受体在细胞迁移中的作用 479

二、基膜蛋白在细胞迁移中的作用 480

三、细胞外蛋白酶在细胞迁移中的作用 483

第3节 上皮形态发生 484

一、上皮建构 484

二、上皮形态发生的方式 487

三、上皮的分支形态发生 491

四、外部信号对分支形态发生的控制 494

五、反馈在分支树形态构建中的作用 495

第4节 组织构建 496

一、组织类型 496

二、组织更新 499

三、皮肤 500

四、肠道 503

五、造血系统 504

六、间质干细胞与分化转化 505

延伸阅读 505

第10章 胚层分化与器官发生 509

第1节 胚层形成及器官发生 509

一、外胚层及其衍生组织的形成 509

二、中胚层及其早期衍生器官 515

三、内胚层及其早期衍生器官 525

第2节 外胚层衍生器官的发育 530

一、神经细胞命运决定 530

二、神经胚形成 535

三、神经系统的发育 538

四、中枢神经系统与外周神经系统 545

五、眼睛和耳的发育 559

第3节 中胚层衍生器官的发育 564

一、骨骼肌肉系统的发育 564

二、心血管系统器官的发生与发育 577

三、泌尿系统的发育 595

四、生殖系统的发育 601

第4节 内胚层衍生器官的发育 607

一、正常发育过程 607

二、消化-呼吸系统的发育 611

三、原始消化管及其衍生器官发育的分子调节 625

第5节 皮肤系统的发育 627

一、表皮 628

二、真皮 629

三、皮下组织 629

四、表皮附件 629

五、皮肤系统发育的分子调节 632

第6节 免疫系统的发育 632

一、淋巴细胞 632

二、淋巴器官及淋巴组织 634

延伸阅读 636

第11章 植物发育生物学 637

第1节 植物的生活周期及基本发育过程 637

一、被子植物的配子产生 637

二、受精 640

三、胚胎发育 640

四、休眠 643

五、发芽 644

六、营养生长 644

七、生长-生殖过渡 648

八、衰老 650

九、植物的生活周期 651

第2节 植物腋生枝的分枝 652

一、腋生枝的发育 652

二、腋生芽形成的激素调控 653

三、芽分枝的调节途径 655

第3节 芽的休眠与生长 656

一、相对休眠的调节 656

二、自然休眠的调节 658

三、生态休眠 661

四、休眠状态下细胞分裂及发育的调节 661

第4节 根的发育 662

一、植物的根系统 662

二、胚胎生成期间根的模式形成 664

三、侧根发育 667

第5节 豆类根瘤的发育 668

一、固氮菌胞内共生的进化 668

二、豆类根瘤的起始与发育 669

三、根瘤形成中NF的感知与信号传导 671

四、根瘤转染、形成及发育的基因调控 674

五、根瘤老化 676

第6节 块茎的发育 677

一、块茎的组成与营养 678

二、马铃薯的块茎发育 678

第7节 植物的老化 680

一、植物衰老 680

二、衰老的症状 681

三、叶衰老的调节 682

四、叶老化的遗传调节 685

第8节 成花器官启动与发育 686

一、被子植物的花发育 686

二、转录因子MADS家族 686

三、从营养生长向生殖生长的转变 687

四、花的四因子模型 689

第9节 花发育的调控 693

一、花器发育的调节 693

二、开花控制的遗传网络 695

第10节 植物的生殖 698

一、雌性配子体的发育 698

二、雄性配子体的发育 701

三、花粉发育及花粉管的生长 704

四、被子植物的受精 713

五、果实的发育 717

六、种子的发育 725

七、种子的休眠 729

八、种子的萌发 734

延伸阅读 739

第12章 进化发育生物学 742

第1节 进化发育生物学概述 742

一、生物的进化——进化生物学 742

二、进化发育生物学的概念基础 746

三、进化发育生物学研究的主要问题 748

四、Evo-Devo的研究方法 750

五、Evo-Devo对进化论的影响 753

第2节 脊椎动物的起源 754

一、脊椎动物的进化特点 754

二、双侧对称动物的发育体制及轴系形成 756

三、双侧对称动物生殖细胞特化及生殖策略的进化 763

第3节 发育和进化的分子基础 769

一、分子生物学与进化发育生物学的关联 769

二、转录后的基因调控 770

三、基因调控的分子生物学：后基因组时代的观点 771

第4节 进化与发育的关系 773

一、宏观进化 773

二、原始动物的进化 777

三、动物的进化与发育 781

四、进化过程中所发生的变化 782

第5节 进化对发育的调节 785

一、通过发育变化发生进化的先决条件 785

二、深度同源性 788

三、进化的发育约束 791

四、可选择表观遗传变异 793

第6节 植物的发育与进化 795

一、陆生植物的定植 795

二、从单倍体向双倍体的发育 795

三、从顶端开始生长 797

四、分枝 797

五、维管系统的形成 798

六、根部的形成 799

七、获取能量 799

八、生殖转换 800

延伸阅读 801

附录 发育生物学常用概念解释 802