器官的构造是如何形成的——以果蝇翅为例

在器官发育过程中,细胞是如何接收到指令,在特定的位置形成特定的细胞形貌,来组建一个正确的三维构造实现器官的功能,这是生物学中的最基本问题之一。在发育的早期,选择者基因通过赋予细胞以不同的亲和性把组织划分为若干个隔间区域。隔间边界细胞作为组织者通过分泌信号分子(器官成形素)来促进细胞的存活和增殖,控制细胞的分化和命运,以及确保正确的细胞形貌发生。器官成形素的空间时序性表达以及随后细胞对这些信号分子的反应是正确形成组织构造的关键环节。根据国际最新的研究进展,本文综述了构造形成的机制和主流假说,并以果蝇翅的发育为例,讨论了TGF-β家族器官成形素Dpp在翅发育中的作用机制。     

非细胞自主性转录因子对植物分生组织发育的调控

为了应对多变复杂的生长环境,植物进化出了独特的信号机制,几乎每一个器官和组织都能形成高效的信号转导系统。胞间转运是器官、组织或相邻细胞中形态建成的特定发生机制,参与这一运输方式的有转录因子、多肽、小RNA和植物激素。这四类移动分子介导不同的信号转导途径,但是这些移动分子能够产生互作并构成了完整的胞间信号网络。作为一类特殊的蛋白质,转录因子尤其是非细胞自主性转录因子在植物器官形成和发育过程中发挥重要作用。主要概述了植物中的非细胞自主性转录因子以及非细胞自主性转录因子与其他移动分子共同调控植物分生组织发育的机制。     

斑马鱼管腔器官空腔形态发生及分子机制

后生动物复杂的体内结构和器官结构多以网络状的管道系统出现。中空的管腔作为这个系统的重要结构单元承担了运输物质、区分器官不同部位功能、分隔机体和外环境等诸多重要的生理功能。管腔的发育障碍将致使相关器官形态发生畸形、功能紊乱。管腔型器官形态发生易被直接观察以及各种相关突变鱼和荧光转基因鱼的出现, 使得斑马鱼(Danio rerio)成为管道器官研究的优秀模式动物。斑马鱼血管、神经管、小肠、胰腺外分泌腺、前肾管等几种重要的器官的形态发生都伴随着典型的腔道发育过程, 是研究管腔形成的重要器官模型。管腔形成由胞外信号诱导、细胞极性化、胞内物质定向运输、腔内液体形成和胞内细胞骨架重构等相关管腔细胞内外发生的结构功能变化过程所构成, 而这些结构与功能的变化过程是通过精确而复杂的分子调控网络来实现, 最终形成管道器官。文章对斑马鱼4种典型管腔型器官的空腔形态发生过程进行了综述, 并总结了此过程中的分子机制, 为今后的相关研究提供了参考。     

胚胎肾分支形态发生调控因素

胚胎肾发育最初阶段是中肾导管尾端在胶质细胞源性神经营养因子诱导下向背侧长出输尿管芽,而后成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子、骨形成蛋白、基质金属蛋白酶、整合素和粘附分子相继表达,作用于输尿管芽和间充质细胞,诱导分支形态发生,包括输尿管芽向间充质侵入、延伸以及间充质细胞向上皮转化。上述这些分子在功能上存在部分重叠与拮抗,维持细胞增殖和分化的平衡,从而保证输尿管芽形成正常的分支结构。本文对肾脏发育时期分支形态发生的调控因素进行综述。     

一份条斑和颖花异常水稻双突变体的形态特征和细胞学观察

在水稻遗传转化过程中发现一个不含外源基因的条斑和颖花异常的双突变体。该突变体的茎、叶、穗出现条斑。在分蘖盛期,一些叶片开始分岔或卷曲;花器官数目增多,表现为多内外稃,叶片状浆片,或浆片增大,雌雄蕊增多,颖花开裂。透射电镜对叶片白色组织细胞超微结构观察,发现细胞壁内陷,质体结构异常,不能发育出正常叶绿体所具有的片层和类囊体。叶绿素总含量和净光合速率明显低于野生型。突变体绿色组织部分中的细胞生长正常,但细胞较大。利用扫描电镜对花器官形态发生过程进行观察,雄蕊原基发育严重不同步,原基大小也不一样;心皮原基较小。     

解离的小鼠牙胚上皮细胞在重聚发育过程仍维持牙齿发育基因的表达

为了解牙胚细胞解离重聚过程的细胞形态和分子机制,将小鼠帽状期牙胚解离细胞重聚,移植到小鼠肾囊膜下培养,组织切片,HE染色,观察再生牙齿的形态发生过程,并用原位杂交的方法进一步检测了与牙上皮发育密切相关的基因在再生牙上皮中的表达情况。结果发现,解离重聚的牙胚细胞在牙齿器官的再生过程重现了正常牙齿的形态发生过程;解离的牙上皮细胞在重聚和再生过程中保持Fgf8、Noggin和Shh等牙上皮发育基因表达。以上结果表明,即便是被解离形成分散状态的牙上皮细胞,在与牙胚间充质细胞重新聚合后,仍保持牙向分化的潜能。该结果为理解牙齿再生的机理提供新的实验数据,对利用干细胞进行牙齿再生的研究有重要的提示意义。     

哈姆林甜橙与粗柠檬体细胞杂种的育性

对异源四倍体柑桔体细胞杂种“哈姆林甜橙+粗柠檬”及其亲本的花粉活力、花器官发育、花器官形态发生与花粉母细胞减数分裂四分体阶段进行了观测和统计.结果发现“哈姆林甜橙+粗柠檬”的花粉染色活力、萌发率、每花药中花粉粒数均居于其双亲之间,花器官发育及其形态发生具有双亲的特点.但小花粉及花粉母细胞减数分裂过程中形成的不正常四分体比率远远高于其双亲.以体细胞杂种“哈姆林甜橙+粗柠檬”为花粉亲本,与二倍体单胚类型宜昌橙与华农本地早的有性后代杂交,获得了110棵有性后代植株,其中三倍体82棵,二倍体和其它倍性的植株28棵.     

浅谈诱导作用的机理

1.初级器官原基的形成和诱导作用动物胚胎发生过程中原肠作用完成后,未来器官物质都从囊胚表面达到原肠胚相应的部位,由于细胞之间的相互作用而发生进一步的分化和发育.一部分细胞对其邻近细胞的形态发生产生影响的作用叫诱导作用.产生影响的细胞叫诱导者,被诱导的细胞叫反应细胞.实验胚胎学证明,脊索和索前板是发育的诱导中心.     

贺兰山10种不同植物的旱生结构研究

对贺兰山10种不同生活型植物的形态解剖研究表明,长期生长在干旱贫瘠环境中植物,均形成适应生境的一些特殊形态结构．叶器官主要表现在：（1）叶表面积与体积之比缩小,表面覆有厚的角质膜,并被有表皮毛,气孔下陷,具孔下室;（2）栅栏薄壁组织细胞明显增多,海绵薄壁组织细胞减少．有叶肉不分化叶、等而叶和异而叶3种结构形式;（3）叶内贮水组织和机械组织增强。轴器官主要表现在：（1）根普遍形成周皮,且木栓层细胞层数增多;（2）机械组织非常发达,在周皮、皮层和韧皮部中有许多厚壁细胞分布。维管组织中的木薄壁细胞的细胞壁也明显木质化加厚;（3）有些植物的根具有异常维管组织。另外,这些植物根、茎、叶中均有粘液细胞和含晶细胞分布。这些结构具有重要的适应干旱生境的意义。     

Hedgehog基因家族与动物发育及发育异常

Hedgehog蛋白是在果蝇中首先发现的分泌蛋白,在脊椎动物中一些Hedgehog类似物已经被鉴定出来,形成一个Hedgehog蛋白家族。Hedgehog家族与动物发育的许多过程有关,包括与果蝇幼虫体节极性的形成及成虫附肢等器官的形成有关。在脊椎动物胚胎诱导、模式形成和许多不同组织的形态发生中起作用。另外,hedgehog通路的异常活化可以导致发育异常及基底细胞痣综合征和前脑无裂畸变等一些严重的疾病的发生。     

哈姆林甜橙与粗柠檬体细胞杂种的育性

对异源四倍体柑桔体细胞杂种“哈姆林甜橙＋粗柠檬”及其亲本的花粉活力,花器官发育,花器官形态发生与共母细胞减数分裂四分体阶段进行了观测和统计,结果发现：“哈姆林甜橙＋粗柠檬”的花粉染色活力,萌发率,线花药中花粉粒数均居于其双亲之间,花器官发育及其形态发生具有双亲的特点,但小花粉及花粉母细胞减数分裂过程中形成的不正常四分体比率远远高于其双亲。以体细胞杂种“哈姆林甜橙＋粗柠檬”为花粉亲本,与二倍体单胚类型宜昌橙与华农本地早的有性后代杂交,获得了110棵有性后代植株,其中三倍体82棵,二倍体和其它倍性的植株28棵。     

从棒头草(Polypogon fugax Nees ex Steud)幼穗培养获得体细胞胚和再生植株

棒头草幼穗在含2,4-D的MS培养基上诱导出了胚性、非胚性和中间型愈伤组织。根据形态、淀粉粒等指标可将组成这些愈伤组织的细胞分为三类。改变培养基中2,4-D的浓度,能诱导三类愈伤组织相互转变。从胚性愈伤组织中诱导形成了大量体细胞胚;体细胞胚是从单个原胚细胞直接发育而来,它们能正常萌发、再生小植株。这种再生能力现已保持了34个月。小植株移植在土壤中可以正常生长、分蘖、开花和结实。     

肌动蛋白微丝与生长素浓度梯度分布

生长素参与植物生长发育的各个阶段,如胚胎发生、发育,营养器官发生与形态建成,极性与轴向的建立,维管组织分化,生殖器官的发育等。虽然生长素在植物的各组织器官和细胞中发挥着重要的作用,植物内源生长素的生物合成却是在特异的组织——细胞快速分裂的幼嫩组织中完成的,然后通过韧皮部或受严格控制的细胞—细胞运输系统运送至植物各个部分。生长素的极性运输导致其积累在某些局部组织和细胞内,形成特定梯度分布。生长素对植物生长发育众多方面的调节正是依赖于这一特性。该文综述了近年来有关植物生长发育过程中生长素浓度梯度的形成和相应的生理功能,以及细胞骨架中的微丝参与调控生长素极性运输的研究工作。     

番茄叶组织培养中愈伤组织形成和器官发生的细胞学和微形态学研究

以番茄叶外植体为材料,研究了不同的生长素和细胞分裂素及其浓度配比对叶外植体培养行为的影响;同时,利用细胞学和扫描电子显微镜技术观察了愈伤组织形成和器官发生过程。结果表明,不同种类及浓度配比的生长素和细胞分裂素直接影响愈伤组织的物理状态、大小和形成的速度以及器官分化的频率和速度。叶外植体切口处的叶肉细胞,维管薄壁细胞和维管束上方的少数叶肉细胞首先启动脱分化而开始分裂,这些细胞的活跃分裂和分化导致在外植体表层形成由薄壁细胞、维管组织和无分化状态的表层分生细胞团组成的愈伤组织。而不定芽则通过愈伤组织的薄壁细胞再次脱分化和再分化活动而形成,为“外起源”。认为存在由植物激素决定的“无分化活性”和“有分化活性”二种性质的愈伤组织。     

在分化条件下甜菊愈伤组织分生区细胞超微结构研究

对甜菊（Ｓｔｅｖｉａｒｅｂａｕｄｉａｎａ）愈伤组织中尚未发生器官分化的分生细胞团进行了超微结构研究．结果表明,在器官分化条件下,愈伤组织中形成的分生区域的细胞体积小,细胞核大,核仁明显,且具核仁泡,部分细胞核中含有核内含物．大量小液泡分布在细胞的边周或散布于整个细胞中．液泡中通常含有陷入的细胞质成分和膜状物．部分液泡的形成与内质网膨大有密切关系．同时也观察到由内质网形成的多圈膜和双层膜包围细胞质成分的同心环结构．高尔基体及其小泡丰富,有时聚集分布在细胞某一区域．核糖体密集,有的聚集成多聚核糖体．因此,愈伤组织中分生区的细胞与分生组织中的液泡化和分裂的细胞类似．分生区细胞的另一明显特征是出现质膜内陷．推测这些超微结构特征可能反映了甜菊愈伤组织器官分化前的某些形态变化。     

屋顶长生草叶的解剖结构及其离体培养形态发生的研究

对屋顶长生草叶的解剖结构及其在离体培养条件下形态发生过程进行了研究。结果表明,屋顶长生草的叶具有肉质旱生植物叶的特点,表皮细胞外有角质层,叶有较密的腺毛分布,气孔器由两个肾形的保卫细胞和两个镰刀形的护卫细胞组成;叶肉细胞没有栅栏组织与海绵组织之分,细胞比较大,有贮水作用;维管束平行排列,导管和筛管分子都很小,为一圈维管束鞘所包围。屋顶长生草叶片离体培养形态发生途径主要有两种:一种是由外植体直接产生不定芽(器官型)途径;另一种是叶肉细胞脱分化成胚性细胞,经胚性细胞团形成愈伤组织,再分化产生芽、根等器官(器官发生型),芽分化为内起源。     

非编码RNACARL抑制缺氧诱导的心肌细胞线粒体分裂以及细胞凋亡

正越来越多的研究发现线粒体的形态和功能异常与许多疾病的发病过程紧密相关,并且长链非编码RNA(lncRNA)也能够调节基因的表达。在正常细胞中,线粒体不断的发生分裂和融合,形成一个功能性的动态网络结构,维持细胞的生理功能。心脏是体内唯一的泵血器官,通过心肌细胞的不断收缩和舒张推动全身血液循环。心肌细胞对能量有大量的需求,因而细胞内主要的供能器官线粒体是否正常运转对线粒体形态的     

多胺对宁夏枸杞愈伤组织器官发生和体细胞胚发生的影响

利用已建立的宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)愈伤组织器官发生和体细胞胚发生体系,对多胺在其离体形态发生中的作用进行研究.通过检测内源多胺含量发现,在所研究的三种多胺中,Put是器官发生途径的主要多胺,而在体细胞胚发生途径Spd含量占优势.Put含量变化在两条途径中相似在愈伤组织分化的早期迅速积累不久又下降,随着芽原基和球形胚的形成含量又进一步上升.器官发生中Spd最高含量仅在培养的第一天出现;而从诱导愈伤组织发生体细胞胚的第一天后,Spd含量才开始上升,到第十天时达到最高值.三种外源多胺的添加均能有效地促进两条离体分化途径的形态建成Spd(100μmol/L)能显著增加不定芽数,而体细胞胚发生中Spd(10μmol/L)或Put(100μmol/L)的单独处理能最好地促进体细胞胚形成和进一步发育成苗;尽管Spm在离体形态发生中含量较低,但添加外源Spm也促进了不定芽形成和体细胞胚形成然后成苗.多胺生物合成抑制剂CHA处理阻碍不定芽形成和体细胞胚的进一步发育;但是MGBG对器官发生途径中的形态建成没有影响,却降低体细胞胚的发生频率及再生苗数.添加Spd(50μmol/L)能部分逆转CHA、MGBG的抑制效应.以上结果表明,多胺对宁夏枸杞器官发生和体细胞胚发生途径的离体形态建成有一定影响.     

植物的微体繁殖

植物微体繁殖是植物在离体的条件下,以其组织、器官或细胞作为外植体,在一定的培养基中和培养条件下,经过形态发生的不同时期与细胞的生长、发育和分化,形成再生植株的过程。1902年哈布兰特(Haberlandt)提出植物细胞全能性理论,1958年斯蒂沃德(Steward)从胡萝卜根的悬浮细胞诱导分化,形成完整的再生小植株,首次证实了细胞全能性,至今,植     

生长素极性运输抑制剂(TIBA)对烟草离体花柄花芽分化的影响

在只含6-BA(2mg/L)的MS培养基上,烟草花柄外植体形态学基端膨大,上着生再生花芽,而花柄中部大多都形成愈伤组织。添加IAA(2,10,20 mg/L)后,花柄基端膨大的现象依然存在,但再生花芽的分布并不限于基端,在花柄中部、顶端都可见再生花芽。花柄外植体中部愈伤组织的形成也随添加的IAA和IAA浓度升高而受到抑制。在上述培养基中添加生长素极性运输抑制剂TIBA后,无一花柄中部能形成愈伤组织,再生花芽的形态变化也很大,有具锥形花柄的花芽、喇叭叶和一些难于确定由何种器官衍生而来的喇叭状器官。这些异于正常形态的器官发生,显然与花柄外植体中生长素极性运输受抑制有关,本文对它们的形成机理作了一些推测。