Gernal Development Biology (普通生物学课程简介)

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语昔湛
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1 LECTURE 1-General Developmental Biology General Developmental Biology CHAPTER 1: BASIC CONCEPTS & PRINCIPLS OF DEVELOPMENT 1

2 1 课程基本信息课程代码课程名称英文名称课程类别学时 48 学分 3.0 适用对象考核方式先修课程第一节发育生物学的基本概念普通发育生物学 General Developmental Biology 专业课生物科学专业本科生必修课生物技术专业 ( 含生物教育专业 ) 本科生选修课期末考试与平时考核相结合, 平时考核依据学生的出勤课堂表现以及综合性作业进行评定, 占学期总成绩 40% 本课程是在分析化学有机化学植物生物学动物学生物化学分子生物学细胞生物学遗传学等课程之后开设的 2

3 2 课程基本定义课程定义基本问题第一节发育生物学的基本概念普通发育生物学是介绍发育机制与模式生物体发育过程及其分子机制的基础性课程发育生物学是应用现代生物学的技术与方法, 研究生物发育本质的科学主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生受精分化器官发育生长衰老和死亡即生物个体发育的机制, 以及生物种群系统发生的机制发育定义 : 由单细胞经细胞数目的增加分化模式化形成和形态建成以及净增长的过程, 逐渐成长为复杂的多细胞有机体的过程核心问题 : 发育相关基因的程序性表达及其调控 ( 发育机制 ) 3

4 2 课程基本定义第一节发育生物学的基本概念研究对象任务及其与其他学科关系本世纪生命科学前沿学科与最活跃热点研究领域遗传学生理学胚胎学发育生物学细胞生物学分子生物学模式生物为研究对象 : 拟南芥水稻线虫果蝇斑马鱼爪蟾小鼠等发育相关新基因发现及其对细胞分化与器官形成作用机制特定发育模型系统以及重要发育途径构成的分子基础动生殖工程与植物遗传育种等应用技术发展的理论基础解决许多医学难题以及器官与组织培养等新兴产业发展的基础 4

5 2 课程基本定义第一节发育生物学的基本概念发育生物学研究的主要任务细胞分化是个体发育的基础 : 一个单细胞受精卵如何通过一系列的细胞分裂和细胞分化, 产生有机体内所有形态和功能不同的细胞? 细胞之间又如何通过细胞之间的相互作用共同构建各种组织和器官, 建成一个有机体并完成各种发育过程? 5

6 第一节发育生物学的基本概念 3 课程性质与教学目的课程性质综合院校生物科学专业本科专业课程, 或 / 和生物技术及相关专业本科专业选修课程教学目的 1 熟悉发育生物学的基本概念基本原理与知识体系 ; 2 牢固掌握模式动植物个体发育基本过程及其调控分子机制, 并能初步用于解释生物发育中出现的一些现象 ; 3 在学习和掌握发育生物学知识的过程中, 要求将所学过的动物学植物学生理解剖学细胞生物学遗传学生物化学分子生物学和进化生物学等学科的知识融会贯通, 串联并整合形成完整的知识体系 6

7 第一节发育生物学的基本概念 4 课程内容基本构成课程内容理论教学时数任课教师第一篇发育基本原理与基础 (8 学时 ) 第一章发育基本概念与原理 3 第二章发育研究方法及策略 2 王英典教授第三章发育细胞与分子基础 3 第二篇动物发育及其机制 (18 学时 ) 第四章受精的机制 2 第五章中枢神经系统的发育 3 第六章中胚层器官的发育 6 窦非教授第七章内胚层器官的发育 4 第八章胚后期发育 3 第三篇植物发育及其机制 (16 学时 ) 第九章植物发育的基本特征 2 第十章植物生殖器官的发育 6 韩生成教授第十一章植物营养器官的发育 8 第四篇发育与进化 (6 学时 ) 第十二章发育与进化 6 翟永功教授 7

8 第一节发育生物学的基本概念 5 推荐教材和学习参考资料参考教材 1. Essential Developmental Biology( 发育生物学基础 ) 影印版高等教育出社,2002 年 11 月第一版 2. Instant Note DEVELOPMENTAL BIOLOGY ( 发育生物学 ) 影印版 By R.M.Twyman. 科学出版社,2002 参考书籍 1. 樊启昶白书农编著, 发育生物学原理, 高等教育出版社 (2002) 2. Developmental Biology. 6th ed. Gilbert, Scott F. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc., Mechanisms in Plant Development, Ottoline Leyser and Stephen Day, Blackwell, Inc., Molecular Genetics of Plant Development, Stephen H. Howell, Cambridge University Press,

9 第一节发育生物学的基本概念 5 推荐教材和学习参考资料参考教材 9

10 参考书籍第一节发育生物学的基本概念 5 推荐教材和学习参考资料 10

11 第一节发育生物学的基本概念 5 推荐教材和学习参考资料相关科技期刊一般性期刊 Cell (IF: ) Development (IF: 7.293) Developmental Biology (IF: 4.714) EMBO Journal (IF: 8.662) European Journal of Biochemistry (IF: 3.451) Genes and Development (IF: ) Journal of Biological Chemistry (IF: 5.581) Molecular and General Genetics (IF: 2.749) Nature (IF:28.751) Nuclear Acids Research (6.954) Proceedings of the National Academy of Sciences (PANS, USA; IF:9.598) Science (IF:26.372) 11

12 第一节发育生物学的基本概念 5 推荐教材和学习参考资料相关科技期刊广泛性综述期刊 Annual Review of Pant Biology (IF: ) Annual Review of Cell & Developmental Biology (IF: ) Annual Review of Genetics (IF: ) Annual Review of Phytopathology (IF: ) Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology (IF: ) 相关科技期刊简要性综述期刊 Current Opinion in Genetics and Development (IF: 10.15) Current Opinion in Plant Biology (IF: 9.189) Trends in Biochemical Science (IF: ) Trends in Genetics (IF: 9.729) Trends in Plant Science (IF: 8.995) 12

13 第一节发育生物学的基本概念 5 推荐教材和学习参考资料相关科技期刊植物专业期刊 Planta (IF: 3.058) Plant Journal (IF: 6.751) Plant Molecular Biology (IF: 3.847) Plant Physiology (IF: 6.367) The Plant Cell (IF: 9.653) 13

14 第二节发育生物学的发展简史 1 发育生物学是胚胎学的继承与发展发育是生物学中古老的话题, 而发育生物学是在胚胎学的基础上发展和形成的一门新型的生命科学, 它揭示了生物体生命周期动态演变的规律, 是生命科学中的新主角发育生物学成为当今生命科学领域中最活跃而又年轻的学科发育分子机制的新认识 14

15 第二节发育生物学的发展简史 1 发育生物学是胚胎学的继承与发展发育生物学的起源最早提出胚胎发育的概念古希腊的 Hippocrates, (B.C ) 和 Aristotle (B.C ) 观察了鸡蜜蜂和乌贼的发育 15

16 第二节发育生物学的发展简史 2 发育基本学说之争后成论与先成论的持久论战希腊哲学家 Aristotle 在公元前第 4 世纪在对鸡胚和一些无脊椎动物胚胎观察后针对动物胚胎的不同部分和成体动物各种结构形成的原因提出胚胎发育的两种假设 : EPIGENESIS: ( 后成论 ) 生物胚胎由最初几种类型细胞构成粗略模式, 逐渐产生更多细胞以更精密方式形成复杂个体 PREFORMATION: ( 先成论 ) 生物个体胚胎早期就是一个微小的成熟个体, 发育仅仅是其不断的逐渐长大 16

17 第二节发育生物学的发展简史 2 发育基本学说之争后成论与先成论的持久论战 17 世纪意大利杰出的胚胎学家马尔比基 (M Malpighi) 对鸡胚的发育作了相当细致的描述, 他深信胚胎在形成之初就已经存在了 17

18 第二节发育生物学的发展简史 2 发育基本学说之争后成论与先成论的持久论战 17 世纪, 精原学说的代表人物 Nicholas Hartsoeker 所想像的精子中的微型人法国科学家 Bonnet(1745) 提出胚胎发育套装论 18

19 第二节发育生物学的发展简史 2 发育基本学说之争后成论与先成论的持久论战 1759 年, 德国科学家 Wolff 根据自己对鸡胚发育的仔细观察, 认为卵子中并不存在胚胎结构, 胚胎与成体并不相同, 胚胎发育是逐渐变化的过程后成论的观点直到 19 世纪才为人们接受 19

20 第二节发育生物学的发展简史 2 细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念 19 世纪 30 年代末 :Mathias Schleiden 和 Theodor Schwann 提出细胞学说 1840, August Weismann 提出了生殖细胞论, 认为后代个体是通过精子和卵子继承亲本描述躯体特征的信息 ; 卵子是一个细胞, 其分裂产生的细胞可分化出不同组织, 从而否定了 preformation 论建立了发育中的细胞谱系概念, 将发育过程与细胞学研究联系在一起 19 世纪对海胆受精卵的观察发现, 受精卵含有两个细胞核, 并最终合并为一个细胞核, 表明细胞核含有遗传的物质基础奠定了有性生殖的遗传物质基础 19 世纪末, 以果蝇为材料发现染色体及其数目在发育中的变化规律, 使孟德尔遗传定律有了物质基础奠定了发育的遗传与物质基础 20

21 第二节发育生物学的发展简史 3 镶嵌型与调控型发育学说 19 世纪 80 年代,Weismann 提出了关于细胞染色体和基因与胚胎发育关系的理论镶嵌型发育学说 : 合子的细胞核含有大量特殊的信息物质决定子, 在卵裂的过程中决定子被不均匀地分配到子细胞中去控制子细胞的发育命运 21

22 第二节发育生物学的发展简史 3 镶嵌型与调控型发育学说 1891,Driech 首先证明海胆发育过程中存在调控型发育 : 胚胎为保证正常的发育, 可以产生胚胎细胞位置的移动和重排 22

23 第二节发育生物学的发展简史 4 诱导现象的发现 1924 年 Hans Spemann 和 Hilde Mangold 的蝾螈胚孔背唇移植实验移植实验表明 : 胚胎的一种组织可以指导另一种相邻组织的发育发现胚孔背唇具有调控和组织一个几乎完整的胚胎产生的特殊能力, 故称为组织者发育中诱导和细胞之间相互作用的重要性才得到充分的重视诱导现象 (induction) 使人们认识到细胞之间的相互作用是胚胎发育最重要的核心问题 23

24 第二节发育生物学的发展简史 5 遗传学分子生物学对发育生物学推动 1900 年 : 孟德尔遗传定律研究遗传元素在世代间的传递 1909 年 : 荷兰植物学家 Wilhelm Johannsen 提出基因型和表现型的概念, 首次使遗传学和胚胎发育学发生关系 20 世纪 40 年代 : 证明 DNA 是遗传物质, 控制蛋白质的合成 20 世纪 50 年代 : 发现 DNA 为双螺旋结构 20 世纪 60 年代 : 三联体密码被破解 20 世纪 70 年代 :DNA 重组技术出现 20 世纪 80 年代 : 转基因技术出现 20 世纪 90 年代 : 动物克隆技术出现世纪之交 : 人类基因组计划 ( HGP ) 新的突破 :Stem Cells, Proteomics, Conditional Gene Knockout, Mutagenesis 24

25 第二节发育生物学的发展简史 6 发育生物学的主要特点发育生物学作为生命科学迅速发展的重要分支学科广泛吸收和容纳各学科的知识, 推动自身并促进其他分支学科的发展 ; 当今生命科学研究的许多热点和生长点的起源地 ; 对生命现象的完整动态进化研究, 孕育许多极具启发性的课题 ; 尚未形成科学系统为人普遍接受的学科体系与知识框架 25

26 第二节发育生物学的发展简史 6 发育生物学的主要特点发育生物学的主要研究热点体轴决定中胚层分化与器官发生细胞分化 ( 干细胞细胞凋亡细胞分化决定基因的重编程体细胞克隆 ) 神经发育发育调节与信号通道发育与进化 26

27 第三节发育主要特征和基本规律 1 发育的基本过程 5 个阶段发育是指最初由一个单细胞成长为多细胞生物个体的过程 Five Major Developmental Processes: Gametes + Zygote Growth Cell division Differentiation Pattern Formation Morphogenesis 27

28 第三节发育的基本过程与主要特征 1 发育基本过程 : 受精后合子的细胞分裂 (Cell division) 发育早期只有细胞数目的增加而没有细胞的生长卵裂不存在细胞间期, 细胞周期在 DNA 复制和有丝分裂之间快速交替, 从而使一个大的卵细胞分裂成多个较小的细胞, 一连串分裂有助于建立起胚胎最初的形体模式 Cleavage of the Xenopus embryo( 异爪蛙胚 ): 细胞分裂快没有细胞生长的间歇期, 因而新生细胞的体积比母细胞小 How is cell division regulated? 28

29 第三节发育的基本过程与主要特征 1 发育的基本过程 : 细胞分化 (Cell Differentiation) 发育建立的基础合子细胞在结构和功能上特化产生不同类型细胞 ( 如动物的神经元和红细胞等, 植物的木质部和薄壁组织等 ) 的过程人类胚胎可最后发育出至少 250 种不同细胞类型分化通常是不可逆的 How does the same genetic information result in different types of cells? 29

30 第三节发育的基本过程与主要特征 1 发育的基本过程 : 模式建成 (Pattern Formation) 发育组织的重要手段细胞在胚中组织起来, 形成初期基本的形体模式, 以及随之产生的各种成熟器官的过程胚中发生的最初模式化事件是轴特化, 即产生基本的机体轴线躯体轴线制定 30

31 第三节发育的基本过程与主要特征 1 发育的基本过程 : 模式建成 (Pattern Formation) 发育组织的重要手段细胞在胚中组织起来, 形成初期基本的形体模式, 以及随之产生的各种成熟器官的过程胚层的形成 31

32 第三节发育的基本过程与主要特征 1 发育的基本过程 : 形态建成 (Morphogenesis) 细胞在胚中组织起来, 形成初期基本的形体模式, 以及随之产生的各种成熟器官的过程最突出的形态变化发生在动物的原肠胚形成之后, 以及植物的分生组织形成之后 How do cells form ordered structures? 32

33 第三节发育的基本过程与主要特征 1 发育的基本过程 : 生长 (Growth) 胚胎在基本的 pattern 之后, 随着细胞数量增加细胞体积增加胞外物质的积累其体积显著增长, 不同组织器官的生长速度也各异 What s the difference between isometric and allometric growth? 33

34 第三节发育的基本过程与主要特征 2 发育的主要特征 : 基因作用概述发育进程细胞分裂细胞生长细胞分化模式建成形态发生直接介导发育基因时空表达 ( 何时何地量 ) 蛋白质酶间接介导转录因子发育相关重要基因编码的两种蛋白信号途径组分转录因子调控发育基因的表达, 在发育过程中发挥调控的作用信号途径组分感知或转递来自它细胞或环境信号参与发育调经 34

35 第三节发育的基本过程与主要特征 2 发育的主要特征 : 动物发育概述受精精子 + 卵子二倍体的合子 ( 一系列快速与同步的受精卵卵裂 ) 盘状囊胚细胞 ( 囊胚胚盘囊胚泡和细胞囊胚层 ) 原肠胚形成时期 ( 内胚层中胚层和外胚层 ) 神经胚形成时期 ( 中枢神经系统的发育 ) 模式建成 ( 器官发生 ) 35

36 第三节发育的基本过程与主要特征 2 发育的主要特征 : 植物 ( 显花植物 ) 发育概述雄配子体 ( 花粉粒 ) 2 精细胞 1 营养细胞柱头花粉管胚珠 ( 雌配子体 / 胚囊 ) 精细胞 + 卵细胞精细胞 + 中心细胞受精卵 (2n) 双受精胚乳细胞 (3n) L1 L2 和 L3 ( 三个主要细胞层组成的胚 ) 茎和根尖分生组织胚后发育时期成熟植物的器官 ( 茎叶花和根 ) 36

37 第三节发育的基本过程与主要特征 3 动物和植物发育进程的对比植物与动物间在发育生物学上存在许多重要而根本的差异 37

38 第一讲内容汇总第一章: 发育的基本概念与原第一讲内容汇总理1 发育的基本过程 2 发育的主要特征第一节普通发育生物学课程简介 1 课程基本信息 2 课程基本定义 3 课程性质与教学目的 4 课程基本内容构成 5 推荐教材和学习参考资料第二节发育生物学简史 1 发育基本学说之争 2 细胞学说改变了胚胎发育和遗传的概念 3 镶嵌发育和调控发育 4 诱导的发现 5 遗传学分子生物学对发育生物学推动第三节发育的基本过程与主要特征 3 动物和植物发育进程的对比 38

考生编号政治政治分外语外语分科目 1 科目 1 分科目 2 科目 2 分总分专业代码专业名称考试方式报名号思想政治理论缺考英语一 45 生物综合 38 生理学缺考药理学全国统考思想政治理论

考生编号政治政治分外语外语分科目 1 科目 1 分科目 2 科目 2 分总分专业代码专业名称考试方式报名号思想政治理论缺考英语一 45 生物综合 38 生理学缺考药理学全国统考思想政治理论 100019008910001 思想政治理论缺考英语一 45 生物综合 38 生理学缺考 83 078006 药理学全国统考 110190172 100019008910002 思想政治理论 61 英语一缺考药学综合 ( 缺考生理学 51 112 078006 药理学全国统考 110199187 100019008910003 思想政治理论缺考英语一缺考生物综合缺考生物化学与分子生物学缺考 --