Utviklingsbiologi: Forskjell mellom sideversjoner

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Bla gjennom historikken interaktivt
← Forrige endringNeste endring →
Slettet innhold Innhold lagt til
VisuellWikitekst
Språk og kilder
Linje 1: Linje 1:
[[Fil:Views of a Foetus in the Womb.jpg|mini|''Visninger av et [[foster]] i [[livmor]]en'', [[Leonardo da Vinci]], cirka 1510-1512. Den [[prenatal]]e utvikling er et viktig område for forskning i utviklingsbiologi.]]
[[Fil:Views of a Foetus in the Womb.jpg|mini|''Visninger av et [[foster]] i [[livmor]]en'', [[Leonardo da Vinci]], cirka 1510-1512. [[Fosterutvikling]]en er hovedområde for forskning i utviklingsbiologi.]]


'''Utviklingsbiologi''' er studiet av prosessen der [[dyr]] og [[planter]] vokser og utvikle seg, deres ontogenese. Utviklingsbiologien omfatter ogsåprosessene ved [[regenerering]], [[Ukjønnet formering|aseksuell reproduksjon]] og [[morfogenese]]. I planter foregår utvikling i [[embryo]] under vegetativ reproduksjon, og i normal utvekst av [[Rot (plantedel)|røtter]], skudd og [[blomst]]er. Hos [[dyr]] foregår utviklingen hovedsaklig i [[fosterutvikling]]en og eventuelt [[larve]]stadie, med en mer eller mindre tydelig overgang til voksne individer. Utvikling kan også foregå som regenerering og aseksuell reproduksjon. Vanligvis vil utvikling drives ved vekst og differensiering av [[stamceller]] i voksne organismer.
'''Utviklingsbiologi''' er studiet av prosessen der [[dyr]] og [[planter]] vokser og utvikle seg, deres ontogenese. Utviklingsbiologien omfatter ogsåprosessene ved [[regenerering]], [[Ukjønnet formering|aseksuell reproduksjon]] og [[morfogenese]]. I planter foregår utvikling i [[embryo]] under vegetativ reproduksjon, og i normal utvekst av [[Rot (plantedel)|røtter]], skudd og [[blomst]]er. Hos [[dyr]] foregår utviklingen hovedsaklig i [[fosterutvikling]]en og eventuelt [[larve]]stadie, med en mer eller mindre tydelig overgang til voksne individer. Utvikling kan også foregå som regenerering og aseksuell reproduksjon. Vanligvis vil utvikling drives ved vekst og differensiering av [[stamceller]] i voksne organismer.


== Perspektiver ==
== Perspektiver ==
===Regional differensiering===
De viktigste prosessene som styrer [[fosterutvikling]]en hos dyr er [[regional spesifisering]], [[morfogenese]], [[celledifferensiering]] og [[cellevekst]]. Den overordnede kontrollen av disse prosessene foregår gjennom styringen av når prosessene starter og stopper. Selv små forskjyvninger av start- og stopptidspunkter kan gi store endringer i den voksne organismen, og er en viktig mekanisme i [[makroevolusjon]].<ref>{{Kilde artikkel|forfatter=[[Stephen Jay Gould|Gould, S.J.]]|tittel=Change in Developmental Timing As a Mechanism of Macroevolution|publikasjon=Evolution and Development, Dahlem Workshop Reports|dato=1982|bind=22|side=333-346|besøksdato=2017-01-09}}</ref> Studier av denne typen kontrollmekanismer kalles [[evolusjonær utviklingsbiologi]].<ref>{{Kilde www|tittel=Explaining major evolutionary change|url=http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/0_0_0/evodevo_04|verk=Evo-Devo|utgiver=[[University of California, Berkeley]]|besøksdato=2017-01-09}}</ref>
De viktigste prosessene som styrer fosterutviklingen hos dyr er [[regional spesifisering]], [[morfogenese]], [[celledifferensiering]] og [[cellevekst]]. Den overordnede kontrollen av disse prosessene foregår gjennom styringen av når prosessene starter og stopper. Selv små forskjyvninger av start- og stopptidspunkter kan gi store endringer i den voksne organismen, og er en viktig mekanisme i [[makroevolusjon]].<ref>{{Kilde artikkel|forfatter=[[Stephen Jay Gould|Gould, S.J.]]|tittel=Change in Developmental Timing As a Mechanism of Macroevolution|publikasjon=Evolution and Development, Dahlem Workshop Reports|dato=1982|bind=22|side=333-346|besøksdato=2017-01-09}}</ref> Studier av denne typen kontrollmekanismer kalles [[evolusjonær utviklingsbiologi]].<ref>{{Kilde www|tittel=Explaining major evolutionary change|url=http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/0_0_0/evodevo_04|verk=Evo-Devo|utgiver=[[University of California, Berkeley]]|besøksdato=2017-01-09}}</ref>


Den viktigste prosessen som former fosteret er [[regional differensiering]]. Under den tidlige fosterdannelsen er fosteret en [[morula|ball eller plate]] med mer eller mindre like celler. En serie små [[molekyl]]er kalt [[cytoplasmisk determinant|cytoplasmatiske determinanter]] utvikles fra forskjellige sentre i fosteret og påvirker de omkringliggende cellene i forskjellig grad. Både konsentrasjonen av disse stoffene i den enkelet celle og kombinasjonen av stoffer påvirker cellene til å vokse, krympe eller dele seg, slik at mønstrene som danner strukturene i den nye organismen blir dannet.<ref>{{cite book|editor1-last=Bellairs|editor1-first=R.|editor2-last=Sanders|editor2-first=E.J.|editor3-last=Lash|editor3-first=J.W.|title=Formation and differentiation of early embryonic mesoderm|date=2012|publisher=Springer-Verlag New York|isbn=978-1-4613-6531-0|pages=119-121|accessdate=9 January 2017}}</ref>
⚫
[[Regional differensiering]] refererer til prosesser som skaper romlige mønster i en ball eller plate med opprinnelig lignende celler. Dette innebærer vanligvis utvikling av [[cytoplasmatiske determinanter]], som ligger innenfor deler av det befruktede egget, og av induktive signaler som sendes ut fra signalesentret i embryoet. De tidlige stadier av regional spesifisering genererer ikke funksjonelle differensierte celler, men cellepopulasjoner bestemt til å utvikle seg til en spesifikk region eller del av organismen. Disse defineres ved deres uttrykk av spesifikke kombinasjoner av [[transkripsjonsfaktorer]]. Morfogenese er relatert til dannelsen av tredimensjonale former. Det innebærer i hovedsak sammordnet bevegelser i celleplater og i enkeltceller. Morfogenese er viktig for å skape de tre bakterielagene fra tidlig embryo ([[ektoderm]], [[mesoderm]] og [[endoderm]]) og for å bygge opp komplekse strukturer under organutvikling. Celledifferensiering vedrører spesielt dannelsen av funksjonelle celletyper slik som nerve-, muskel-, sekretoriske epitelceller, etcetra. Differensierte celler som inneholder store mengder av spesifikke proteiner forbundet med cellefunksjonen. Cellevekst innebærer både en generell økning i størrelse, og også den differensielle vekst av deler ([[Allometrisk vekst|allometri]]), som bidrar til morfogenese. Vekst skjer for det meste gjennom celledeling, men også ved endring av cellestørrelse og avsetning av ekstracellulære materialer. Kontroll med tidsstyringen av hendelser og integreringen av de forskjellige prosesser med hverandre er den minste godt forståtte delen av faget. Det er fortsatt uklart om animalske embryoer inneholde en overordnet klokkemekanisme eller ikke.

===Morfogenese==
Dannelsen av formene som utgjør det nye individet kalles morfogenese. De tidlige stadier av regional spesifisering fører ikke til celledifferensiaering der cellene utvikler virkelige forskjeller i funksjon, men cellepopulasjoner bestemt til å utvikle seg til en spesifikk deler av organismen. Disse delene defineres ved at cellene der uttrykker spesifikke kombinasjoner av [[Transkripsjonsfaktor|transkripsjonsfaktorer]].<ref name="pmid9570129">{{cite journal | vauthors=Latchman DS | title=Transcription factors: an overview | journal=The International Journal of Biochemistry & Cell Biology | volume=29 | issue=12 | pages=1305–12 | date=Dec 1997 | pmid=9570129 | doi=10.1016/S1357-2725(97)00085-X }}</ref><ref name="pmid2128034">{{cite journal | vauthors=Karin M | title=Too many transcription factors: positive and negative interactions | journal=The New Biologist | volume=2 | issue=2 | pages=126–31 | date=Feb 1990 | pmid=2128034}}</ref>

Morfogenese er relatert til dannelsen av tredimensjonale former. Det innebærer i hovedsak sammordnete bevegelser i celleplater og i enkeltceller. Morfogenese er viktig for å skape de tre [[kimlag]]ene i det tidlige fosteret: ([[Ektoderm]], [[mesoderm]] og [[endoderm]]), og for å bygge opp komplekse strukturer under organutvikling.<ref>{{cite journal|last1=Cao|first1=Y.|title=Regulation of germ layer formation by pluripotency factors during embryogenesis|journal=Cell & Bioscience|date=2013|volume=3|issue=1|pages=15|doi=10.1186/2045-3701-3-15|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3602094/|accessdate=9 January 2017}}</ref>

===Celledifferensiering===
⚫
Celledifferensiering vedrører spesielt dannelsen av funksjonelle celletyper slik som nerve-, muskel-, sekretoriske epitelceller, etcetra. Differensierte celler som inneholder store mengder av spesifikke proteiner forbundet med cellefunksjonen. Cellevekst innebærer både en generell økning i størrelse, og også den differensielle vekst av deler ([[Allometrisk vekst|allometri]]), som bidrar til morfogenese. Vekst skjer for det meste gjennom celledeling, men også ved endring av cellestørrelse og avsetning av ekstracellulære materialer. Kontroll med tidsstyringen av hendelser og integreringen av de forskjellige prosesser med hverandre er den minste godt forståtte delen av faget. Det er fortsatt uklart om animalske embryoer inneholde en overordnet klokkemekanisme eller ikke.


Utviklingen av planter medfører lignende prosesser som i dyr. Imidlertid er planteceller for det meste immotile slik at morfogenese er oppnådd ved differensiell vekst uten cellebevegelser. Også de induktive signalene og gener som er involvert i planteutvikling er forskjellige fra de som styrer dyrs utvikling.
Utviklingen av planter medfører lignende prosesser som i dyr. Imidlertid er planteceller for det meste immotile slik at morfogenese er oppnådd ved differensiell vekst uten cellebevegelser. Også de induktive signalene og gener som er involvert i planteutvikling er forskjellige fra de som styrer dyrs utvikling.

Sideversjonen fra 9. jan. 2017 kl. 10:34

Visninger av et foster i livmoren, Leonardo da Vinci, cirka 1510-1512. Fosterutviklingen er hovedområde for forskning i utviklingsbiologi.

Utviklingsbiologi er studiet av prosessen der dyr og planter vokser og utvikle seg, deres ontogenese. Utviklingsbiologien omfatter ogsåprosessene ved regenerering, aseksuell reproduksjon og morfogenese. I planter foregår utvikling i embryo under vegetativ reproduksjon, og i normal utvekst av røtter, skudd og blomster. Hos dyr foregår utviklingen hovedsaklig i fosterutviklingen og eventuelt larvestadie, med en mer eller mindre tydelig overgang til voksne individer. Utvikling kan også foregå som regenerering og aseksuell reproduksjon. Vanligvis vil utvikling drives ved vekst og differensiering av stamceller i voksne organismer.

Perspektiver

Regional differensiering

De viktigste prosessene som styrer fosterutviklingen hos dyr er regional spesifisering, morfogenese, celledifferensiering og cellevekst. Den overordnede kontrollen av disse prosessene foregår gjennom styringen av når prosessene starter og stopper. Selv små forskjyvninger av start- og stopptidspunkter kan gi store endringer i den voksne organismen, og er en viktig mekanisme i makroevolusjon.[1] Studier av denne typen kontrollmekanismer kalles evolusjonær utviklingsbiologi.[2]

Den viktigste prosessen som former fosteret er regional differensiering. Under den tidlige fosterdannelsen er fosteret en ball eller plate med mer eller mindre like celler. En serie små molekyler kalt cytoplasmatiske determinanter utvikles fra forskjellige sentre i fosteret og påvirker de omkringliggende cellene i forskjellig grad. Både konsentrasjonen av disse stoffene i den enkelet celle og kombinasjonen av stoffer påvirker cellene til å vokse, krympe eller dele seg, slik at mønstrene som danner strukturene i den nye organismen blir dannet.[3]

=Morfogenese

Dannelsen av formene som utgjør det nye individet kalles morfogenese. De tidlige stadier av regional spesifisering fører ikke til celledifferensiaering der cellene utvikler virkelige forskjeller i funksjon, men cellepopulasjoner bestemt til å utvikle seg til en spesifikk deler av organismen. Disse delene defineres ved at cellene der uttrykker spesifikke kombinasjoner av transkripsjonsfaktorer.[4][5]

Morfogenese er relatert til dannelsen av tredimensjonale former. Det innebærer i hovedsak sammordnete bevegelser i celleplater og i enkeltceller. Morfogenese er viktig for å skape de tre kimlagene i det tidlige fosteret: (Ektoderm, mesoderm og endoderm), og for å bygge opp komplekse strukturer under organutvikling.[6]

Celledifferensiering

Celledifferensiering vedrører spesielt dannelsen av funksjonelle celletyper slik som nerve-, muskel-, sekretoriske epitelceller, etcetra. Differensierte celler som inneholder store mengder av spesifikke proteiner forbundet med cellefunksjonen. Cellevekst innebærer både en generell økning i størrelse, og også den differensielle vekst av deler (allometri), som bidrar til morfogenese. Vekst skjer for det meste gjennom celledeling, men også ved endring av cellestørrelse og avsetning av ekstracellulære materialer. Kontroll med tidsstyringen av hendelser og integreringen av de forskjellige prosesser med hverandre er den minste godt forståtte delen av faget. Det er fortsatt uklart om animalske embryoer inneholde en overordnet klokkemekanisme eller ikke.

Utviklingen av planter medfører lignende prosesser som i dyr. Imidlertid er planteceller for det meste immotile slik at morfogenese er oppnådd ved differensiell vekst uten cellebevegelser. Også de induktive signalene og gener som er involvert i planteutvikling er forskjellige fra de som styrer dyrs utvikling.

Utviklingsprosesser

Celledifferensiering

The Notch-deltaet system i nevrogenese (Slack Essential Dev Biol Fig 14.12a)

Celledifferensiering er prosessen der forskjellige funksjonelle celletyper oppstår under utviklingen. For eksempel er nerveceller, muskelfibre og hepatocytter (leverceller) velkjente typer av differensierte celler. Differensierte celler produserer vanligvis store mengder av noen proteiner som er nødvendig for deres spesifikke funksjon og dette gir dem den karakteristiske utseende som gjør dem i stand til å bli gjenkjent under lysmikroskop. Genene som koder disse proteinene er meget aktive. Vanligvis er deres kromatinstruktur svært åpen, slik at tilgang for transkripsjons enzymer tilkalles, og spesifikke transkripsjonsfaktorer binder seg til regulatorirske sekvenser i DNA for å aktivere genekspresjon.[7][8] For eksempel NeuroD er en nøkkeltranskripsjonsfaktor for neuronal differensiering, myogenin for muskel differensiering, og HNF4 for hepatocytter differensiering.

Celledifferensiering er vanligvis den siste fasen av utviklingen og innledes med flere tilstander av forpliktelser som ikke er synlig differensierte. Et enkelt vev, dannet av en enkelt type av progenitorcelle eller stamceller, som ofte består av flere differensierte celletyper. Kontroll av deres dannelse innebærer en prosess med lateral inhibisjon,[9] basert på egenskapene til Notch-signalveien.[10] For eksempel i nevrale plate av embryoet fungerer dette systemet for å generere en populasjon av nevrale forløperceller der NeuroD er sterkt uttrykt.

Regenerering

Regenerering betyr at en ny del vokser ut for en manglende del.[11] Dette er svært utbredt blant planter som viser kontinuerlig vekst, og også blant kolonidyr som hydroider og sjøpung. Men mest interesse har utviklingsbiologer vist for regenerering av deler i frittlevende dyr. Spesielt fire modeller har vært gjenstand for mye granskning. To av disse har evnen til å regenerere hele kropper: Hydra, som kan regenerere enhver del av polyppen fra et lite fragment,[12] og planarianormer, som vanligvis kan regenerere både hode og hale.[13] Begge disse eksemplene har kontinuerlig celleomsetning matet av stamceller, og i alle fall i planaria, har i det minste noen av stamcellene vist seg å være pluripotent.[14] De to andre modellene viser bare distal regenerering av vedheng. Dette er insektvedhengene, vanligvis beina på hemimetabolous insekter som cricketen,[15] og lemmer urodele amfibier.[16] Betydelig informasjon er nå tilgjengelig om regenerering av amfibiers lemer. En har kunnskap om at hver celletype regenererer seg selv, med unntak av bindevev hvor det er betydelig omdannelse mellom brusk, dermis og sener. I form av et mønster av strukturer, styres dette av en reaktivering av signaler som er aktive i embryo. Det er fortsatt en pågående debatt vedrørende det gamle spørsmålet om fornyelse er en «perfekt» eller en «adaptiv» egenskap.[17] Dersom det første er tilfelle, kan en med bedre kunnskap forvente å kunne forbedre den regenerativ evne hos mennesker. Hvis sistnevnte er tilfelle så er hver forekomst av regenerering antat å ha oppstått ved naturlig utvalg i forhold til den spesielle arten, dermed forventes heller ingen generelle regler.

Embryonisk utvikling hos dyr

Utdypende artikkel: Fosterutvikling

Generalisert ordning med embryonal utvikling. Slack "Essential Developmental Biology" Fig.2.8
De innledende stadier for et menneskelig embryo.

Sedcellen og egget går sammen i prosessen med forplantningen for å danne et befruktet egg, eller zygote.[18] Dette gjennomgår en periode med divisjoner for å danne en ball eller plate av lignende celler som kalles en blastula eller blastoderm. Disse celledelingene er vanligvis hurtig, men ingen vekst skjer, slik at dattercellene er halvparten av størrelsen til modercellen, og hele embryoet forblir omtrent i den samme størrelsen. Dette kalles cleavage-divisjoner. Morfogenetiske bevegelser konvertere cellemassen inn i en trelags struktur som består av flercellede plater som kalles ektoderm, mesoderm og endoderm, som er kjent som bakterielag. Dette er prosessen av gastrulasion. Under cleavage og gastrulasjon forekomme de første hendelsene med regionale spesifikasjon. I tillegg til dannelsen av de tre bakterielagene i seg selv, genererer disse ofte extraembryonisk strukturer, slik som pattedyrs morkake (placenta), som er nødvendig for støtte og ernæring av embryoet,[19] og som også etablere forskjellige utvekster langs anteroposterior aksen (som hode, torus og hale).[20]

Regional spesifikasjon er initiert av tilstedeværelsen av cytoplasmatiske determinanter i en del av zygoten. Cellene som inneholder determinanter blir et signaleringssenter og avgir en induserende faktor. Fordi den induserende faktor er produsert ett sted, diffunderer bort og nedbrytes, danner den en konsentrasjonsgradient av som er stor nær kildecellene og lav lenger bort.[21][22] De resterende cellene i embryoet, som ikke inneholder determinanten, er kompetent til å svare på ulike konsentrasjoner ved oppregulering av spesifikke utviklingskontrollgener. Dette resulterer i at en serie med soner blir satt opp, anordnet i stadig større avstand fra signaleringssenteret. I hver sone oppreguleres en annen kombinasjon av utviklingskontrollgener.[23] Disse genene koder transkripsjonsfaktorer som oppregulere nye kombinasjoner av genaktivitet i hver region. Blant andre funksjoner kontrollere disse transkripsjonsfaktorene ekspresjonen av gener som gir spesifikke adhesive og motilitetsforstyrrende egenskaper i de celler i hvor de er aktive. På grunn av disse forskjellige morfogenetiske egenskaper til cellene i hver enkelt bakterielag, dannes plater slik at ektoderm ender opp på utsiden, mesoderm i midten, og endoderm på innsiden.[24][25] Morfogenetisk bevegelser endre ikke bare form og struktur av embryoet, men ved å bringe celleplatene inn i nye romlige relasjoner gjøre de også mulige nye faser for signaler og respons mellom dem.

Menneskets utvikling i embryoer er for det meste selvstyrt.[26] For hvert område av celler styres veksthastigheten ved en kombinasjon av gener som er aktive. Frittlevende embryoer vokser ikke i masse siden de ikke har ekstern matforsyning. Men embryoer matet av en morkake eller extraembryotisk forsyningen fra en plomme kan vokse veldig fort, og endringer i relativ vekst mellom deler i disse organismene bidra til å gi det endelige samlede anatomien. Hele prosessen må koordineres i tid og hvordan dette styres er ikke fult ut forstått. Det kan være en overordnet klokke som er i stand til å kommunisere med alle deler av embryo som styrer hendelsesforløpet, eller tidsstyringen kan avhenge bare på lokale årsakssekvenser av hendelser [27]

Metamorfose

Utviklingsprosesser er svært tydelig under prosessen med metamorfose. Dette skjer i forskjellige typer dyr. Velkjent eksempel er frosk, som vanligvis klekkes som et rumpetroll og som via strukturendringer utvikles til en voksen frosk. Et annet eksempel er visse typer insekter som klekkes som larver og deretter bli omskapt til sin voksne form under en puppestadium. Alle de utviklingsprosesser som er nevnt ovenfor oppstår under metamorfose. Eksempler som er spesielt godt studert inkluderer tap av hale og andre endringer i rumpetroll av frosk Xenopus.[28][29] og biologien for de imaginal plater, som genererer voksen kroppsdeler på fluen Drosophila melanogaster.[30][31]

Plantevekst

Plantevekst er en prosessen der strukturer dannes og modnes ettersom en plante vokser. Det er studert i planteanatomi og plantefysiologi samt plantemorphologi. Planter produsere stadig nytt vev og strukturer i hele sitt liv fra meristemen[32] som ligger på tuppen av organer, eller mellom modnet vev. Dermed har en levende plante alltid embryonale vev. Derimot i et dyrs embryo vil alle de kroppsdeler som det noensinne vil ha i sitt liv bli produsert veldig tidlig. Når dyret er født (eller frigjør seg fra egget), har det alle sine kroppsdeler og fra det punktet av vil det bare vokse større og eldes.

Egenskapene til organiseringen sett i anlegget er emergens egenskaper, som er mer enn summen av de enkelte delene. Sammenstillingen av disse vevene og funksjonene til en integrert flercellede organisme utnytter ikke bare egenskapene til de forskjellige deler og prosesser, men også et ganske nytt sett av egenskaper som ikke ville ha vært forutsigbart på basis av undersøkelse av de separate deler.[33]

Vekst

Karplanter begynner fra en enslig encelledt zygote formet ved befruktning av en eggcelle av en sædcelle. Fra dette punktet begynner det å dele seg for å danne et planteembryo gjennom prosessen kjent som embryogenese. Når dette skjer vil de resulterende cellene organisere seg slik at den ene enden blir den første roten, mens den andre enden danner spissen av et skudd. I frøplanter vil embryoet utvikle en eller flere «frøblader» (kimblader). Ved utgangen av embryogenese, vil den unge planten ha alle delene som trengs for å begynne i sitt liv.

Med det samme embryoet spirer fra sitt frø, eller morplanten, begynner det å produsere flere organer (blader, stengler, og røtter), gjennom prosessen kjent som den organogenetiske periode. De nye røttene vokser fra rotmeristemen som ligger på tuppen av roten, og nye stengler og blader vokse fra skuddmeristemen som ligger på spissen av skuddet.[34] Forgrening oppstår når små klumper av celler blir igjen av meristem. Disse har ennå ikke gjennomgått cellulær differensiering for å danne et spesialisert vev, og begynner å vokse som tuppen av en ny rot eller skudd. Vekst fra slike meristem på tuppen av en rot eller skudd kalles primær vekst og resultater i forlengelsen av at rot eller skudd. Sekundær vekst resulterer i utvidelse av en rot eller skudd fra divisjoner av celler i en kambium. [35]

I tillegg til vekst ved celledeling kan en plante vokse gjennom celleforlengelse. Dette skjer når enkeltceller eller grupper av celler blir lengre. Ikke alle planteceller vil vokse til samme lengde. Når celler på den ene siden av en stilk blir lengre og raskere enn celler på den andre siden, vil stammen bøyes til siden av de langsommere voksende celler som resultat. Denne retningsbestemte veksten kan skje via en planterespons på et bestemt stimulus, så som lys (fototropisme), gravitasjon (gravitropisme), vann (hydrotropisme), og fysisk kontakt (thigmotropisme)

Plantevekst og utvikling formidles av spesifikk plantehormonerer og plantevekstregulatorer.[36] Endogene hormonnivåer er påvirket av plantealder, hardførhet mot kulde, dvale, og andre metabolske forhold, slik som: Daglengde, tørke, temperatur og andre ytre miljøforhold, samt eksogene kilder til plantevekstregulering, som for eksempel kan være eksternt påført og av rhizosfærisk opprinnelse.

Morfologiske variasjon

Planter utvise naturlig variasjon i sin form og struktur. Mens alle organismer varierer fra individ til individ, men planter utvise en ekstra type variasjon: Innenfor et enkeltindivid blir deler gjentat som kan variere i form og struktur fra andre lignende deler. Denne variasjonen er lettest å se i bladene til en plante, men andre organer som stilker og blomster kan vise lignende variasjoner. De tre viktigste årsakene til denne variasjonen er posisjonelle effekter, miljøeffekter og at planten er ung.

Utvikling av plantemorfologi

Transkripsjonsfaktorer og transkripsjonsregulerende nettverk spiller nøkkelroller i plantemorfogenesen og deres utvikling. Under plante utviklingen er det mange ny transkripsjonsfaktor grupper som dukket opp og er fortrinnsvis kablet til nettverk av flercellet utvikling, reproduksjon, og organutvikling, og bidra til mer komplekse morfologisk landplanter.[37]

Utviklingsmodellorganismer

Mye av forskningen innenfor utviklingsbiologi de siste tiårene har fokusert på bruk av et lite antall modellorganismer. Det har vist seg at det er mange tilfeller av bevaring av utviklingsmekanismer på tvers av dyreriket. Tidlig i utviklingen brukte alle forskjellige arter av virveldyr i hovedsak de samme induktive signaler og de samme genene som koder for regional identitet. Selv invertebrater brukte et lignende repertoar av signaler og genene, selv om de kroppsdeler som dannes er vesentlig forskjellige. Modellorganismer har hver noen spesielle eksperimentelle fordeler som har aktivert dem til å bli populære blant forskere. På en måte er de «modeller» for hele dyreriket, og i en annen forstand at de er «modeller» for menneskelig utvikling, noe som er vanskelig å studere direkte både av etiske og praktiske grunner. Modellorganismer har vært mest nyttig for å belyse den brede natur innenfor utviklingsmekanismer. Jo flere detaljer som er søkt undersøkt, jo mer skiller de seg fra hverandre og fra mennesker. Modellorganismer er typsik:

Planter
Virveldyr
  • Frosk: Xenopus (X.laevis og tropic ) [38][39] Lett å formere, store embryo. Spesielt egnet for mikrokirurgi
  • Sebrafisk: Danio rerio[40] Lett å formere. Genomet er karlagt
  • Høns: Gallus gallus[41] Tidlige stadier lik pattedyr, men mikrokirurgi er enklere. Lav pris.
  • Husmus: Mus musculus [42] En pattedyr med karlagt genom.
Virvelløse dyr

Også populært for noen formål har vært kråkeboller[45] og Sjøpung.[46] For studier av regenerering brukes gjerne salamandere, først og fremst axolotl (Ambystoma mexicanum),[47] og også flatormer som Schmidtea mediterranea[48] Vevskulturer dannet fra stamceller (såkalte «organoider») har også blitt vist kan fungere som effektive modeller for deler av utvikling i organer.[49] Planteutvikling har fokusert på vårskrinneblom Arabidopsis thaliana som modellorganisme.[50]​​

Se også

Referanser

  1. ^ Gould, S.J. (1982). «Change in Developmental Timing As a Mechanism of Macroevolution». Evolution and Development, Dahlem Workshop Reports. 22: 333-346. 
  2. ^ «Explaining major evolutionary change». Evo-Devo. University of California, Berkeley. Besøkt 9. januar 2017. 
  3. ^ Bellairs, R.; Sanders, E.J.; Lash, J.W., red. (2012). Formation and differentiation of early embryonic mesoderm. Springer-Verlag New York. s. 119-121. ISBN 978-1-4613-6531-0.  Sjekk datoverdier i |besøksdato= (hjelp);
  4. ^ «Transcription factors: an overview». The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 29 (12): 1305–12. Dec 1997. PMID 9570129. doi:10.1016/S1357-2725(97)00085-X.  Sjekk datoverdier i |dato= (hjelp)
  5. ^ «Too many transcription factors: positive and negative interactions». The New Biologist. 2 (2): 126–31. Feb 1990. PMID 2128034.  Sjekk datoverdier i |dato= (hjelp)
  6. ^ Cao, Y. (2013). «Regulation of germ layer formation by pluripotency factors during embryogenesis». Cell & Bioscience. 3 (1): 15. doi:10.1186/2045-3701-3-15. Besøkt 9 January 2017.  Sjekk datoverdier i |besøksdato= (hjelp)
  7. ^ Li B.; Carey M.; Workman J.L. (2007). «The role of chromatin during transcription». Cell. 128: 707–719. PMID 17320508. doi:10.1016/j.cell.2007.01.015. 
  8. ^ Heintzman N.D.; m.fl. (2007). «Distinct and predictive chromatin signatures of transcriptional promoters and enhancers in the human genome». Nat Genet. 39: 311–318. PMID 17277777. doi:10.1038/ng1966. 
  9. ^ Meinhardt H., Gierer A. (2000). «Pattern formation by local self-activation and lateral inhibition». BioEssays. 22: 753–760. doi:10.1002/1521-1878(200008)22:8<753::aid-bies9>3.0.co;2-z. 
  10. ^ Sprinzak D.; m.fl. (2010). «Cis-interactions between Notch and Delta generate mutually exclusive signalling states». Nature. 465: 86–90. doi:10.1038/nature08959. 
  11. ^ Carlson, B.M. (2007) Principles of Regenerative Biology. Academic Press, Burlington MA.
  12. ^ Bosch T.C.G. (2007). «Why polyps regenerate and we don't: Towards a cellular and molecular framework for Hydra regeneration». Developmental Biology. 303: 421–433. doi:10.1016/j.ydbio.2006.12.012. 
  13. ^ Reddien P.W., Alvarado A.S. (2004). «Fundamentals of planarian regeneration». Annual Review of Cell and Developmental Biology. 20: 725–757. PMID 15473858. doi:10.1146/annurev.cellbio.20.010403.095114. 
  14. ^ Wagner D.E.; Wang I.E.; Reddien P.W. (2011). «Clonogenic Neoblasts Are Pluripotent Adult Stem Cells That Underlie Planarian Regeneration». Science. 332: 811–816. doi:10.1126/science.1203983. 
  15. ^ Nakamura T.; m.fl. (2008). «Dissecting insect leg regeneration through RNA interference». Cellular and Molecular Life Sciences. 65: 64–72. doi:10.1007/s00018-007-7432-0. 
  16. ^ Simon A., Tanaka E.M. (2013). «Limb regeneration». Wiley Interdisciplinary Reviews-Developmental Biology. 2: 291–300. doi:10.1002/wdev.73. 
  17. ^ Slack, J.M.W. (2013) Essential Developmental Biology. Chapter 20. Wiley-Blackwell, Oxford.
  18. ^ Jungnickel M.K.; Sutton K.A.; Florman H.M. (2003). «In the beginning: lessons from fertilization in mice and worms». Cell. 114: 401–404. 
  19. ^ Steven, D.H. (ed.) (1975) Comparative Placentation. Academic Press, London
  20. ^ Kimelman D., Martin B.L. (2012). «Anterior-posterior patterning in early development: three strategies». Wiley Interdisciplinary Reviews-Developmental Biology. 1: 253–266. doi:10.1002/wdev.25. 
  21. ^ Slack J.M.W. (1987). «Morphogenetic gradients - past and present». Trends in Biochemical Sciences. 12: 200–204. doi:10.1016/0968-0004(87)90094-6. 
  22. ^ Rogers K. W., Schier A. F. (2011). «Morphogen Gradients: From Generation to Interpretation». Annual Review of Cell and Developmental Biology. 27: 377–407. doi:10.1146/annurev-cellbio-092910-154148. 
  23. ^ Dahmann C.; Oates A. C.; Brand M. (2011). «Boundary formation and maintenance in tissue development». Nat Rev Genet. 12: 43–55. doi:10.1038/nrg2902. 
  24. ^ Hardin J., Walston T. (2004). «Models of morphogenesis: the mechanisms and mechanics of cell rearrangement». Current Opinion in Genetics and Development. 14: 399–406. doi:10.1016/j.gde.2004.06.008. 
  25. ^ Hammerschmidt M., Wedlich D. (2008). «Regulated adhesion as a driving force of gastrulation movements». Development. 135: 3625–3641. doi:10.1242/dev.015701. 
  26. ^ O'Farrell, P. H. (2003). How metazoans reach their full size: the natural history of bigness. In Cell Growth: Control of Cell Size, (ed. M. N. Hall, Raff, M., and Thomas, G. (eds)), pp. 1-21: Cold Spring Harbor Laboratory Press
  27. ^ Moss E.G., Romer-Seibert J. (2014). «Cell-intrinsic timing in animal development». Wiley Interdisciplinary Reviews-Developmental Biology. 3: 365–377. doi:10.1002/wdev.145. 
  28. ^ Tata J.R. (1996). «Amphibian metamorphosis: an exquisite model for hormonal regulation of postembryonic development in vertebrates». Dev. Growth Diffn. 38: 223–231. doi:10.1046/j.1440-169x.1996.t01-2-00001.x. 
  29. ^ Brown D.D., Cai L. (2007). «Amphibian metamorphosis». Developmental Biology. 306: 20–33. doi:10.1016/j.ydbio.2007.03.021. 
  30. ^ Cohen, S.M. (1993) Imaginal Disc Development. In Bate and Martinez-Arias (eds.), The Development of Drosophila melanogaster, Cold Spring Harbor Press
  31. ^ Maves L., Schubiger G. (2003). «Transdetermination in Drosophila imaginal discs: a model for understanding pluripotency and selector gene maintenance». Current Opinion in Genetics & Development. 13: 472–479. doi:10.1016/j.gde.2003.08.006. 
  32. ^ Bäurle, I; Laux, T (2003). «Apical meristems: The plant's fountain of youth». BioEssays. 25 (10): 961–70. PMID 14505363. doi:10.1002/bies.10341. 
  33. ^ Leopold, A. C. Plant Growth and Development, page 183. (New York: McGraw-Hill, 1964).
  34. ^ Brand, U; Hobe, M; Simon, R (2001). «Functional domains in plant shoot meristems». BioEssays. 23 (2): 134–41. PMID 11169586. doi:10.1002/1521-1878(200102)23:2<134::AID-BIES1020>3.0.CO;2-3. 
  35. ^ Barlow, P (2005). «Patterned cell determination in a plant tissue: The secondary phloem of trees». BioEssays. 27 (5): 533–41. PMID 15832381. doi:10.1002/bies.20214. 
  36. ^ Ross, S.D.; Pharis, R.P.; Binder, W.D. 1983. Growth regulators and conifers: their physiology and potential uses in forestry. p. 35–78 in Nickell, L.G. (Ed.), Plant growth regulating chemicals. Vol. 2, CRC Press, Boca Raton FL.
  37. ^ Jin JP; m.fl. (juli 2015). «An Arabidopsis transcriptional regulatory map reveals distinct functional and evolutionary features of novel transcription factors». Molecular Biology and Evolution. 32 (7): 1767–1773. PMC 4476157 Åpent tilgjengelig. PMID 25750178. doi:10.1093/molbev/msv058. 
  38. ^ Nieuwkoop, P.D. and Faber, J. (1967) Normal table of Xenopus laevis (Daudin). North-Holland, Amsterdam.
  39. ^ Harland R.M., Grainger R.M. (2011). «Xenopus research: metamorphosed by genetics and genomics». Trends in Genetics. 27: 507–515. PMC 3601910 Åpent tilgjengelig. PMID 21963197. doi:10.1016/j.tig.2011.08.003. 
  40. ^ Lawson N. D., Wolfe S. A. (2011). «Forward and Reverse Genetic Approaches for the Analysis of Vertebrate Development in the Zebrafish». Developmental Cell. 21: 48–64. doi:10.1016/j.devcel.2011.06.007. 
  41. ^ Hassan Rashidi V.S. (2009). «The chick embryo: hatching a model for contemporary biomedical research». BioEssays. 31: 459–465. doi:10.1002/bies.200800168. 
  42. ^ Behringer, R., Gertsenstein, M, Vintersten, K. and Nagy, M. (2014) Manipulating the Mouse Embryo. A Laboratory Manual, Fourth Edition. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
  43. ^ St Johnston D (2002). «The art and design of genetic screens: Drosophila melanogaster». Nat Rev Genet. 3: 176–188. PMID 11972155. doi:10.1038/nrg751. 
  44. ^ Riddle, D.L., Blumenthal, T., Meyer, B.J. and Priess, J.R. (1997) C.elegans II. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.
  45. ^ Ettensohn C.A., Sweet H.C. (2000). «Patterning the early sea urchin embryo». Curr. Top. Dev. Biol. 50: 1–44. 
  46. ^ Lemaire P (2011). «Evolutionary crossroads in developmental biology: the tunicates». Development. 138: 2143–2152. doi:10.1242/dev.048975. 
  47. ^ Nacu E., Tanaka E.M. (2011). «Limb Regeneration: A New Development?». Annual Review of Cell and Developmental Biology. 27: 409–440. doi:10.1146/annurev-cellbio-092910-154115. 
  48. ^ Reddien P.W., Alvarado A.S. (2004). «Fundamentals of planarian regeneration». Annual Review of Cell and Developmental Biology. 20: 725–757. PMID 15473858. doi:10.1146/annurev.cellbio.20.010403.095114. 
  49. ^ Ader M., Tanaka E. M. (2014). «Modeling human development in 3D culture». Current Opinion in Cell Biology. 31: 23–28. doi:10.1016/j.ceb.2014.06.013. 
  50. ^ Weigel, D. and Glazebrook, J. (2002) Arabidopsis. A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.

Litteratur

  • Gilbert, S. F. (2013). Developmental Biology. Sunderland, Mass.: Sinauer Associates Inc.
  • Slack, J. M. W. (2013). Essential Developmental Biology. Oxford: Wiley-Blackwell.
  • Wolpert, L. and Tickle, C. (2011). Principles of Development. Oxford and New York: Oxford University Press.

Eksterne lenker

Wikibøker Wikibøker: Utviklingsbiologi – bøker
Hentet fra «https://no.wikipedia.org/w/index.php?title=Utviklingsbiologi&oldid=17055740»