斑马鱼发育过程简述

  斑马鱼由于养殖方便、繁殖周期短、产卵量大、胚胎体外受精、体外发育、胚体透明。全球范围内有超过1500个斑马鱼实验室。多种组织器官具有再生能力，精子可冷冻保存，对外界环境反应迅速以及基因组与人类同源性高等特点。因此在近20年来，已成为生命科学研究的新宠，遗传学、发育生物学、神经生物学、肿瘤学、再生和干细胞研究、疾病模型和药物筛选、环境毒理学、基础水产学等科研领域。

  斑马鱼受精卵直径在0.7mm左右，外部由一层卵壳覆盖保护。受精卵从结构上可分为动物极和植物极两部分。动物极为进行细胞分裂的动物发育部分；植物极俗称卵黄。

  在胚胎发育早期为动物极提供所需的物质和营养，斑马鱼胚胎在受精后的5天时间内不需要从外界摄取食物。斑马鱼发育分为8个阶段：合子期，卵裂期，囊胚期，原肠胚期、体节期、咽胚期，孵化期和早幼期。

合子期（zygote period）及卵裂期（cleavage period）

首先，受精卵在受精后10分钟左右卵壳膨开，形成空腔。动物极的首次细胞分裂发生在受精后45分钟左右，胚胎进入卵裂期；之后以大约以每15分钟一次细胞分裂的速度快速发育；在受精后2小时（2hpf, hours post fertilization）分裂达到64个细胞，进入囊胚期。

囊胚期（blastula period）

2.75hpf，胚胎达到512细胞期，胚胎自身的合子基因开始表达。3hpf胚胎达到1000 细胞期，在动物极和卵黄之间可见清晰的单层YSL细胞核层（yolk syncytial layer nuclei）。经过再一次细胞周期后，胚胎进入高囊胚阶段（high stage）。这一阶段的胚胎，细胞堆叠很高，卵黄和细胞之间界线清晰，最利于区别和分拣受精与未受精的胚胎。之后胚胎细胞在继续分裂的同时进行急速的细胞迁徙（cell migration），向植物极扩展，外包运动（epiboly）开始。

原肠胚期（gastrula period）

5.25hpf胚胎进入原肠胚期，细胞内卷（involution）开始。当胚胎发育进入原肠胚期，器官-组织的命运就基本确定下来。5.7hpf，胚环（germ ring）从动物极清晰可见，外包运动短暂停顿；6hpf，胚盾开始形成，从动物极可见， 背腹轴（dorsal-ventral axis）确立；胚盾形成后，外包运动继续，上胚层（epiblast）及下胚层（hypoblast）分开，胚盾持续向动物极延伸；10hpf外包运动完成，尾芽（tail bud）萌出。

体节期（segmentation period）

10.3hpf第一对体节（somite）萌出，胚胎进入体节期。之后伴随胚体的增长，约每半小时增加一对体节[14]，在18hpf达到18体节期。在12hpf左右，胚胎进入6体节（6-somite）阶段，眼原基（eye primordium）和KV（Kupffer’s vesicle）明显可见。在此阶段，胚胎发育出脊椎动物的基本身体结构（body plan），神经系统开始发育。在10体节阶段，耳基板（otic placode）开始出现。在14体节阶段，主要器官开始发育，循环系统、大脑神经节管（brain neuromeres）和前肾管（pronephric duct）出现。随着新的体节不断萌出，之前发育的体节逐渐发育为肌节（myomere）。在20体节阶段，晶状体（lens）、耳泡（otic vesicle）陆续可见，后脑神经管（hindbrain neuromeres）结构开始突出。25至26体节阶段，端脑（telencephalon）在神经轴（neuraxis）前段明显突出，内耳石（otoliths）明显可见。此后，体节会继续增长但形成速度放缓，最终大致生成30-34个体节，早期血岛（blood island）分化出现，中后脑分界（midbrain-hindbrain boundary） 明显可见。体节形成后不久,近轴的细胞进行显著的形态学改变和迁移;他们开始一张大约20立方细胞所有相邻脊索和结束的单层肌肉纤维表面的体节，体节形成的时间,快速肌肉前体细胞表达丰富的myoD水平和myogenin开始[9, 15]。

24hpf胚胎进入咽胚期，至48h结束，这一时期是重要的组织器官完成分化的时期，也是传统认为的最合适比较不同种类脊椎动物胚胎形态发生的时期。在此时期内，头和躯干的夹角是一个重要的观察指标；在此阶段开始时，头躯夹角小于90度，此后头部逐渐伸直，在48hpf左右，夹角将大于120度。在此阶段早期，心脏还是管状结构但已开始搏动；稍后血液循环开始运行；此阶段晚期心房心室开始生成。色素生成（pigment formation）于此阶段早期，开始于视网膜上皮细胞，随后是背部皮肤之后逐渐向腹部和尾部延伸。同时大脑结构出现明显的脑室分区；孵化腺（hatching gland）和侧线（lateral line）开始显现。

孵化期（hatching period）

48至72hpf被称为孵化期，此阶段胚胎的组织器官发育十分迅速，形成幼鱼，逐渐破出卵膜，进入水中，但是破膜孵化并不能作为此阶段的指标。此阶段，咽区发生显著变化：首先是两眼之间见到很小的开口，随后将逐渐发育为口（month）；咽弓（pharyngeal arches）发育明显，前端的咽弓逐渐发育为下颌（jaws）和鳃盖（operculum），而后端的咽弓将发育为鳃（gills）。背部的黑色素条纹显著，沿中线从头部一直延伸到尾部。心包腔变得明显，心脏结构完整、跳动有力。4天左右，鱼鳔（swim bladder）开始充气，幼鱼开始具备自由游动能力。

此后，早期器官发育继续进行，在5dpf左右，除生殖系统外，大部分组织器官的早期发育基本完成，幼鱼开始自由游泳。在此阶段，可以观察到幼鱼的眼睛追随移动目标、自主摄食及应激躲避等行为，并开始表现出周期性的昼夜节律。在恒定的温度环境（25-30℃）、正常的饲养密度和充分的食物供给情况下，斑马鱼3个月左右达到性成熟，可以交配产生下一代。