目錄 第1章 新個體的形成發(fā)育的組織化機制 1 1.1 “你是怎樣的？”——發(fā)育生物學問題的來源 2 1.2 生命周期 3 1.3 范例：蛙的一生 4 1.3.1 配子發(fā)生和受精 4 1.3.2 卵裂和原腸胚形成 5 1.3.3 器官發(fā)生 5 1.3.4 變態(tài)和配子發(fā)生 7 1.4 比較胚胎學 8 1.4.1 后成說與先成說 8 1.5 早期發(fā)育概述 10 1.5.1 卵裂圖式 10 1.5.2 原腸胚形成：“你生命中最重要的時刻” 11 1.5.3 胚胎各部分的命名：初級胚層和早期器官 12 1.6 追蹤運動細胞：命運圖譜和細胞譜系 15 1.6.1 命運圖譜 16 1.6.2 活體胚胎的直接觀察 17 1.6.3 染料標記 17 1.6.4 遺傳標記 18 1.6.5 轉基因嵌合體 19 1.7 演化胚胎學 20 1.7.1 胚胎同源性 21 1.8 醫(yī)學胚胎學和畸形學 23 1.8.1 遺傳畸形與綜合征 23 1.8.2 干擾和致畸因子 23 第2章 特征的特化發(fā)育的圖式化機制 27 2.1 命運定型的層次 28 2.1.1 細胞分化 28 2.1.2 命運定型 29 2.2 自主性特化 29 2.2.1 被囊動物的細胞質決定物和自主性特化 30 2.3 條件性特化 32 2.3.1 細胞的位置的重要性：海膽胚胎的條件性特化 33 2.4 合胞體性特化 35 2.4.1 反向的中軸梯度確立位置信息 36 2.5 彩虹般的細胞特征 38 第3章 差異性基因表達細胞分化的機制 43 3.1 差異性基因表達的定義 44 3.2 中心法則的快速入門 44 3.3 基因組均等性的證據(jù) 45 3.4 調節(jié)基因的可及性 47 3.4.1 染色質的松解和致密：組蛋白作為門警 48 3.4.2 甲基化記憶的維 49 3.5 基因的解剖結構 49 3.5.1 外顯子和內含子 50 3.5.2 順式調控元件：一個基因的開、關和調光器 52 3.5.3 轉錄因子功能 58 3.6 基因調控網絡：確定單個細胞 62 3.7 差異性基因轉錄的機制 64 3.7.1 高和低CpG含量啟動子差異調控的蛋白質 64 3.7.2 DNA基化——另一個關鍵的轉錄開關 64 3.8 差異性RNA加工 68 3.8.1 差異性核RNA加工產生一些家族的蛋白質 69 3.8.2 剪接增強子和識別因子 70 3.9 基因表達在翻譯水平上的調控 72 3.9.1 差異性mRNA壽命 72 3.9.2 儲存的卵母細胞mRNA：mRNA翻譯的選擇性抑制 73 3.9.3 核糖體選擇性：mRNA翻譯的選擇性激活 75 3.9.4 微RA：mRNA翻譯和轉錄的特異調節(jié) 75 3.9.5 細胞質定位對RNA表達的調控 78 3.10 基因達的翻譯后調節(jié) 79 3.11 發(fā)育傳學研究的基本方法 80 3.11.1 描基因的表達 80 3.12 檢測因功能 82 第4章 細胞之間的信息傳遞形態(tài)發(fā)生的機制 89 4.1 細胞之間信息傳遞的快速入門 90 4.2 黏附和分選：近分泌信號傳遞和形態(tài)發(fā)生的物理現(xiàn)象 91 4.2.1 差異性的細胞親和力 91 4.2.2 細胞之間相互作用的熱動力學模型 93 4.2.3 鈣黏著蛋白和細胞黏附 94 4.3 細胞外基質作為發(fā)育信號的來源 97 4.3.1 整聯(lián)蛋白：細胞外基質分子的受體 99 4.4 上皮到間充質轉換 100 4.5 細胞信號傳遞 101 4.5.1 誘導和反應能力 101 4.5.2 相互誘導 103 4.5.3 上皮與間充質的相互作用 105 4.5.4 昆蟲氣管：誘導信號與鈣黏著蛋白調節(jié)的結合 106 4.6 旁分泌因子：誘導物分子 107 4.6.1 形態(tài)發(fā)生素梯度 107 4.6.2 信號轉導級聯(lián)反應：對誘導物的應答 109 4.6.3 成纖維細胞生長因子及受體酪氨酸激酶途徑 110 4.6.4 成纖維細胞生長因子和JAK-STAT途徑 111 4.6.5 Hedehog家族 113 4.6.6 Wnt族 116 4.6.7 轉化生長因子-p超家族 120 4.6.8 其他旁分泌因子 122 4.7 旁分泌信號轉導的細胞生物學 122 4.7.1 局部的膜突出作為信號源 124 4.8 近分泌信號傳遞對細胞特征的作用 127 4.8.1 Noth信號途徑：并置的配體和受體對圖式形成的作用 127 4.8.2 旁分泌和近分泌信號的協(xié)調：線蟲陰門的誘導 128 4.8.3 Hipo：信號途徑的集成器 130 第5章 干細胞干細胞的潛能和微環(huán)境 133 5.1 干細胞的概念 134 5.1.1 分裂和自我更新 134 5.1.2 潛能性確定一個干細胞 134 5.2 干細胞的調節(jié) 136 5.3 胚胎中的多能干細胞 137 5.3.1 內細胞團細胞 137 5.3.2 促進內細胞團細胞多能性的機制 138 5.4 成體干細胞微環(huán)境 139 5.4.1 果蠅干細胞促進生殖細胞發(fā)育 140 5.5 室管膜-室管膜下區(qū)的成體神經干細胞微環(huán)境 142 5.5.1 室管膜-室管膜下區(qū)神經干細胞微環(huán)境 143 5.5.2 細胞之間的相互作用維持神經干細胞儲備 144 5.5.3 促進室管膜-室管膜下區(qū)微環(huán)境的分化 145 5.5.4 環(huán)境因素對神經干細胞微環(huán)境的影響 145 5.6 成體的腸干細胞微環(huán)境 147 5.6.1 腸隱窩中的克隆性更新 147 5.6.2 隱窩中的調節(jié)機制 149 5.7 干細胞補充成體血液的多種細胞譜系 150 5.7.1 造血干細胞微環(huán)境 150 5.7.2 骨內膜微環(huán)境的調節(jié)機制 150 5.7.3 血管周微環(huán)境的調節(jié)機制 152 5.8 間充質干細胞：支持各種成體組織 153 5.8.1 間充質干細胞發(fā)育的調節(jié) 153 5.8.2 參與成體組織的維持和再生的其他干細胞 154 5.9 研究發(fā)育和疾病的人類模型體系 155 5.9.1 實驗室的多能干細胞 155 5.9.2 誘導多能干細胞 158 5.9.3 類器官：在培養(yǎng)皿中研究人的器官發(fā)生 161 5.10 干細：希望還是炒作？164 第6章 性別決定和配子發(fā)生 169 6.1 染色體性別決定 170 6.2 哺乳動物的性別決定圖式 170 6.3 哺乳動物的初級性別決定 172 6.3.1 發(fā)育中的生殖腺 172 6.3.2 初級性別決定的遺傳機制：決策 174 6.3.3 卵巢途徑：Wnt4和R-spondin 1174 6.3.4 睪丸途徑：Sry和Sox 9176 6.3.5 正確的時間和正確的位置 178 6.4 哺乳動物的次級性別決定：性別表型的激素調節(jié) 180 6.4.1 次級性別決定的遺傳分析 181 6.5 果蠅中的染色體性別決定 184 6.5.1 性別致死基因 184 6.5.2 雙重性別基因：性別決定的轉換基因 187 6.6 環(huán)境性別決定 188 6.7 哺乳動物的配子發(fā)生 189 6.7.1 減數(shù)分裂：生命周期的交匯 190 6.7.2 哺乳動物的配子發(fā)生：精子發(fā)生 193 6.7.3 哺乳動物的配子發(fā)生：卵子發(fā)生 195 結束語 19 第7章 受精—個新生物體的開始 201 7.1 配子的結構 202 7.1.1 精子 202 7.1.2 卵子 203 7.1.3 卵與精子的識別 205 7.2 海膽的體外受精 206 7.2.1 精子吸引：遠距離作用 207 7.2.2 頂體反應 208 7.2.3 卵細胞外被的識別 209 7.2.4 卵與精子的細胞膜融合 211 7.2.5 一個卵子，一個精子 211 7.2.6 多精入卵的快阻斷 211 7.2.7 多精入卵的慢阻斷 212 7.2.8 鈣離子啟動皮質顆粒反應 214 7.3 海膽卵代謝的激活 215 7.3.1 細胞內鈣離子的放 216 7.3.2 鈣的作用 217 7.4 海膽中遺傳物質的融合 220 7.5 哺乳動物的體內受精 221 7.5.1 配子進入輸卵管：轉位和獲能 221 7.5.2 卵母細胞附近：超活化、趨溫性和趨化性 223 7.5.3 位于透明帶的頂體反應和識別 224 7.5.4 配子融合與多精入卵的阻斷 225 7.5.5 遺傳物質的融合 226 7.5.6 哺乳動物卵的激活 228 結束語 22 第8章 蝸牛和線蟲的快速特化 233 8.1 后生動物的發(fā)育圖式 234 8.1.1 基礎門類 234 8.1.2 三胚層動物：原口和后口動物 234 8.2 蝸牛的早期發(fā)育 236 8.3 蝸牛胚胎的卵裂 236 8.3.1 蝸牛卵裂的母體調控 238 8.3.2 蝸牛的命運圖譜 240 8.3.3 細胞的特化和極葉 240 8.3.4 改變卵裂圖式而改變進化：來自一個雙殼類軟體動物的例子 244 8.4 蝸牛的原腸胚形成 245 8.5 秀麗隱桿線蟲 246 8.6 秀麗隱桿線蟲的卵裂和體軸形成 248 8.6.1 旋轉卵裂 248 8.6.2 前-軸的形成 249 8.6.3 背-和左-右軸的形成 250 8.6.4 卵裂球征的控制 250 8.7 線蟲的原腸胚形成 253 第9章 果蠅體軸特化的遺傳學 257 9.1 果蠅的早期發(fā)育 258 9.1.1 受精 259 9.1.2 卵裂 259 9.1.3 中囊胚期轉換 260 9.1.4 原腸胚形成 261 9.2 果蠅軀體圖式形成的遺傳機制 263 9.3 分節(jié)和前-后軀體圖式 264 9.3.1 卵母細胞的前-后極性 265 9.3.2 母體梯度：卵母細胞的細胞質對極性的調節(jié) 265 9.3.3 前部組織中心：Bicoid和Hunchback梯度 270 9.3.4 末端基因 272 9.3.5 果蠅早期前-后軸特化的總結 272 9.4 分節(jié)基因 272 9.4.1 體節(jié)和副體節(jié) 272 9.4.2 裂隙基因 274 9.4.3 成對規(guī)則基因 275 9.4.4 體節(jié)極性基因 277 9.5 同源異形選擇糖因 279 9.6 背-腹的產生 281 9.6.1 卵母細胞中背-腹圖式的形成 281 9.6.2 胚胎內部背-腹軸的產生 282 9.6.3 細胞核Dorsal梯度的建立 283 9.7 體軸和器官原基：直角坐標模型 285 結束語 28 第10章 海和被囊動物后口無脊椎動物 289 10.1 海膽早期發(fā)育 290 10.1.1 早卵裂 290 10.1.2 囊形成 291 10.1.3 命圖譜和海膽卵裂球的命運決定 292 10.1.4 基調控網絡和成骨間充質的特化 293 10.1.5 植極細胞的特化 297 10.2 海膽原腸胚形成 297 10.2.1 成間充質的內移 297 10.2.2 原腔的內陷 301 10.3 被囊物的早期發(fā)育 303 10.3.1 卵 303 10.3.2 被動物的命運圖譜 304 10.3.3 被動物卵裂球的自主性和條件性特化 304 第11章 兩類和魚類兩棲類和魚類 309 11.1 兩棲的早期發(fā)育 309 11.1.1 受、皮質旋轉和卵裂 310 11.1.2 兩類的原腸胚形成 313 11.1.3 兩類體軸的逐步決定 318 11.1.4 Has Spemann和Hilde Mangold的研究工作 319 11.1.5 兩類體軸形成的分子機制 322 11.1.6 神誘導沿前-后軸的區(qū)域特異性 332 11.1.7 特左-右軸 337 11.2 斑馬的早期發(fā)育 338 11.2.1 卵 340 11.2.2 原胚形成和胚層形成 342 第12章 鳥和晡乳類 351 12.1 鳥類早期發(fā)育 352 12.1.1 鳥胚胎的卵裂 352 12.1.2 鳥胚胎的原腸胚形成 354 12.1.3 體特化和鳥類的“組織者 360 12.2 哺乳物的早期發(fā)育 362 12.2.1 卵 362 12.2.2 哺動物的原腸胚形成 367 12.2.3 哺動物的體軸形成 369 12.2.4 孿 375 結束語 37 第13章 神管的形成和圖式化 381 13.1 神經轉變成神經管：中樞神經系統(tǒng)的誕生 382 13.1.1 初神經胚形成 384 13.1.2 次神經胚形成 393 13.2 中樞經系統(tǒng)的圖式化 394 13.2.1 前后軸 394 13.2.2 背腹軸 395 13.2.3 反的形態(tài)發(fā)生素 396 13.2.4 轉的交叉阻遏 399 13.3 綜合有的軸向 400 第14章 腦長 403 14.1 發(fā)育中樞神經系統(tǒng)的神經解剖學 404 14.1.1 發(fā)的中樞神經系統(tǒng)細胞 404 14.1.2 發(fā)的中樞神經系統(tǒng)的各種組織 406 14.2 調節(jié)生長的發(fā)育機制 410 14.2.1 分過程中神經干細胞的行為 410 14.2.2 神發(fā)生：自下而上（或從內向外）的構建 411 14.2.3 神膠質作為小腦和新皮質分層的腳手架 413 14.2.4 調新皮質發(fā)育的信號機制 414 14.3 人腦發(fā)育 417 14.3.1 出后胎兒神經元的生長速度 418 14.3.2 山提升了學習視野 418 14.3.3 神元生長的基因 421 14.3.4 高錄活性 421 14.3.5 青年的腦：架線但沒有連接 422 第15章 神嵴細胞和軸突特異性 425 15.1 神經 425 15.1.1 神嵴的區(qū)域化 426 15.1.2 神嵴：局限性多能干細胞？428 15.1.3 神嵴細胞的特化 429 15.1.4 神嵴細胞的遷移：上皮性到間充質性以及更多 432 15.1.5 軀神經嵴細胞的遷移途徑 435 15.1.6 顱經嵴 441 15.1.7 “逐和逃離”模型 443 15.1.8 源神經嵴的頭部骨骼 444 15.1.9 心神經嵴 446 15.2 建立經系統(tǒng)中的軸突途徑 447 15.2.1 生錐：軸突尋徑的驅動器和引擎 448 15.2.2 軸導向 452 15.2.3 運神經元內在的導航編程 453 15.2.4 軸如何穿過了路徑？456 15.2.5 視膜神經節(jié)軸突的延伸 461 15.2.6 目選擇：“我們到達目的地了嗎” 463 15.2.7 突形成 466 15.2.8 細死亡的一個程序 467 第16章 外層基板和表皮 475 16.1 顱基：我們頭部的感官 475 16.1.1 視器官發(fā)育的動態(tài)：脊椎動物的眼睛 477 16.1.2 眼的形成：視網膜的起點 478 16.1.3 晶體-視網膜誘導級聯(lián)反應 480 16.2 表皮其皮膚附屬器 485 16.2.1 表的來源 485 16.2.2 外層附屬器 486 結束語 49 第17章 軸中胚層體節(jié)及其衍生物 497 17.1 體節(jié)細胞類型 499 17.2 沿前后軸建立軸旁中胚層和細胞命運 500 17.2.1 軸中胚層的特化 500 17.2.2 同異形基因的時空共線性沿軀干決定體節(jié)特征 502 17.3 體節(jié)生 505 17.3.1 體延伸：尾部祖細胞區(qū)和組織間的力量 506 17.3.2 時鐘-波陣面模型 509 17.3.3 時鐘-波陣面與同源異形基因介導的中軸特征及體節(jié)發(fā)生終結 514 17.4 生骨的發(fā)育 516 17.4.1 椎形成 516 17.4.2 腱形成：生腱節(jié) 519 17.4.3 背動脈的形成 521 17.5 生皮的發(fā)育 521 17.5.1 中生皮肌節(jié)的決定 522 17.5.2 生節(jié)的決定 523 17.5.3 神嵴調節(jié)肌生成的一個新模型 525 17.6 骨發(fā)：骨的發(fā)育 525 17.6.1 軟內成骨 526 17.6.2 機力轉導與脊椎動物骨發(fā)育 529 17.7 肌肉成熟 530 17.7.1 成細胞和肌纖維 530 17.7.2 衛(wèi)細胞：未融合的肌祖細胞 531 17.7.3 肌骨骼系統(tǒng)中的機械力轉導 532 第18章 居中胚層和側板中胚層心臟、血液和腎 535 18.1 居間胚層：腎 536 18.1.1 居中胚層的特化：Pax2、Pax8和Lim 1537 18.1.2 發(fā)中的腎臟組織之間的互相作用 538 18.2 側板胚層：心臟和循環(huán)系統(tǒng) 543 18.2.1 心發(fā)育 545 18.2.2 血形成 553 18.2.3 血胞發(fā)生：干細胞和持久祖細胞 556 結束語 56 第19章 四動物肢的發(fā)育 563 19.1 肢的剖結構 563 19.2 肢芽 64 19.3 同源形基因對肢骨骼特征的特化 566 19.3.1 近到遠端：肢中的同源異形基因 566 19.3.2 從到手指：同源異形基因與肢的進化 567 19.4 決定形成的類型和位置 569 19.4.1 特肢場 569 19.4.2 早肢芽的誘導 569 19.5 外向長：產生肢的近-遠軸 574 19.5.1 外層頂嵴 574 19.5.2 特肢中胚層：決定近-遠端極性 576 19.5.3 圖模型：近-遠端肢發(fā)育的反應-擴散機制 579 19.6 前-后軸的特化 582 19.6.1 Soic hedgehog確定極性活性區(qū) 582 19.6.2 Soic hedgehog特化指的特征 584 19.6.3 Soic hedgehog和成纖維細胞生長因子：另一個正反饋環(huán) 586 19.6.4 同異形基因對指的特化 587 19.6.5 自組織的指骨骼發(fā)生的圖靈模型 589 19.7 產生背-腹軸 590 19.8 細胞亡與指和關節(jié)的形成 592 19.8.1 雕肢梢 592 19.8.2 形關節(jié) 593 19.8.3 持的肢生長：骺板 594 19.8.4 成維細胞生長因子受體：侏儒 595 19.9 改變信號中心而發(fā)生的進化 595 第20章 內層消化和呼吸的管道與器官 599 20.1 咽 610 20.2 消化及其衍生物 603 20.2.1 腸織的特化 604 20.2.2 附器官：肝、胰腺和膽囊 605 20.3 呼吸 61 第21章 變發(fā)育中激素的重新活化 615 21.1 兩棲的變態(tài) 616 21.1.1 兩類變態(tài)的形態(tài)變化 616 21.1.2 兩類變態(tài)的激素控制 618 21.1.3 區(qū)性特異的發(fā)育程序 621 21.2 昆蟲變態(tài) 622 21.2.1 成盤(器官芽)623 21.2.2 昆變態(tài)的激素調控 626 21.2.320 羥基蛻皮激素活性的分子生物學 626 21.2.4 翅蟲盤的決定 630 21.3 長腕體的變態(tài) 632 第22章 再 635 22.1 多種式的重建 636 22.2 水螅干細胞介導的再生、變形再生、新建再生 637 22.2.1 三干細胞的日常細胞替換 637 22.2.2 頭激活物 638 22.2.3 頭抑制梯度 640 22.3 扁形物中干細胞介導的再生 642 22.4 蠑螈肢的新建再生 647 22.4.1 頂表皮帽和再生芽基的形成 647 22.4.2 芽細胞的增殖：對神經和頂端表皮帽的需求 648 22.5 誘導馬魚器官再生的機制 652 22.6 哺乳物的再生 655 第23章 老化和老年化 661 23.1 基因老齡化 661 23.1.1 DN修復酶 662 23.1.2 老化和胰島素信號級聯(lián) 663 23.1.3 mTRC1途徑 665 23.1.4 染質修飾 665 23.2 隨機觀遺傳漂移 666 23.3 干細與老齡化 667 23.4 老齡規(guī)則的一些例外 669 第24章 健和疾病中的發(fā)育出生缺陷、環(huán)境激素和癌癥 673 24.1 偶然的作用 674 24.2 人類育的遺傳錯誤 674 24.2.1 一人類綜合征的本質 674 24.2.2 遺和表型異質性 675 24.3 畸形生：環(huán)境侵害對動物的發(fā)育 676 24.3.1 酒是一種致畸因子 678 24.3.2 視酸是致畸因子 681 24.4 環(huán)境素：成體疾病的胚胎起源 682 24.4.1 乙酚 683 24.4.2 雙酚A 684 24.4.3 阿拉津：通過激素合成的內分泌干擾 687 24.4.4 液破碎法：內分泌干擾的潛在新來源 688 24.5 發(fā)育亂的跨代遺傳 688 24.6 癌癥一種發(fā)育的疾病 689 24.6.1 癌的發(fā)育療法 693 第25章 發(fā)和自然環(huán)境發(fā)育的生物、非生物和共生調節(jié) 697 25.1 環(huán)境產生表型的正常因素 698 25.1.1 食誘導的非遺傳多型性 699 25.1.2 反食多型性 701 25.1.3 溫是一種環(huán)境因素 703 25.2 多型的生命周期 705 25.2.1 幼附著 705 25.2.2 鋤蟾的艱辛生活 706 25.3 發(fā)育生 707 25.3.1 發(fā)共生的機制：使伙伴相聚 708 25.3.2 魷與弧菌的共生 709 25.3.3 專發(fā)育互利共生 709 25.3.4 哺動物腸中的發(fā)育共生 711 結束語 71 第26章 發(fā)與進化進化的發(fā)育機制 717 26.1 漸變替：為什么動物既相同也不同 718 26.2 進化前提：基因組的發(fā)育結構 718 26.2.1 �；�：分離產生差異 719 26.2.2 分簡約性：基因重復和差異720 26.3 深度源性 723 26.4 進化機制 724 26.4.1 異發(fā)生 724 26.4.2 異發(fā)生 725 26.4.3 異發(fā)生 726 26.4.4 異發(fā)生 727 26.5 發(fā)育制對進化的作用 729 26.6 可選的表觀遺傳變異 731 26.6.1 遺同化 732 26.6.2 環(huán)誘導的表型固定 734 結束語 73 術語表 73