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UPR - Aguadilla
Biol. 3019 – Biología del Desarrollo
JA Cardé, PhD
Ejercicio 2 – Repaso del Desarrollo en Anfibios - Xenopus
Introducción:
Ranas ( Xenopus leavis, Rana pippiens) y otros anfibios como las salamandras (Ambystoma mexicanus) han
servido, por mucho tiempo como sistema modelo para estudiar embriología ya que sus huevos son fáciles de
recoger y observar durante el desarrollo. Desafortunadamente su genética es prácticamente inexistente, ya
que son difíciles de mantener en cautiverio. En este modulo estaremos repasando de forma resumida lo que se
sabe sobre su desarrollo embrionario.
Embriología descriptiva
Huevo: El huevo de anfibios es por lo general moderadamente vitelogénico. Su citoplasma se distribuye de
forma polarizada en dos áreas o polos. El polo animal es el superior y el de mayor contenido citoplasmático y
contiene gránulos de pigmento localizados en la corteza, justo debajo de la membrana citoplasmática . El polo
vegetal es el inferior y el mas vitelogénico con una corteza transparente no pigmentada. Es el que alimenta al
embrión. Porque estos nombres; animal y vegetal?
Fecundación: Es externa. El espermatozoide penetra el huevo por el hemisferio animal. La membrana
citoplasmática se despolariza, los gránulos corticales se funden con la membrana liberando enzimas que
crearan la envoltura de
fecundación, la cual evitará la polispermia. (fecundación por mas de un
espermatozoide). La contracción cortical rota la corteza pigmentada del lado animal hacia el punto de entrada
del espermatozoide (s.e.p.) y expone citoplasma no pigmentado hacia el otro lado, la creciente gris. Tres
funciones importantes: permite que los dos pronúcleos se unan para formar el cigoto; genera movimientos
citoplasmáticos lo que permite que porciones citoplasmáticas se reubiquen en nuevos lugares; activación de
moléculas necesarias para el comienzo de
la segmentación y la gastrulación.
Segmentación: Durante este proceso el
volumen
del
segmentación
huevo
de
no
este
cambia.
La
huevo
es
holoblástica: las primeras dos divisiones
son longitudinales. La primera división
pasa a través del s.e.p. y diseca la
creciente gris. La segunda división es
ortogonal a la primera, se intersectan en
los polos animal y vegetal. La tercera
división es ecuatorial. Blastómeros en la
Figure 1 Xenopus life cycle
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parte animal se dividen mas rápidamente (animadamente) que los blastómeros vegetal, que se dividen mas
lentos (vegetativamente).
Blástula: En esta etapa la bola de células esta hueca, llena de fluido. La mitad animal tiene una capa simple
de células que forman un domo sobre la cavidad del blastocele. Esta capa de células es conocida como el
gorro animal. Células de esta capa se diferencian en ectodermo. Células del área vegetal formaran el
endodermo. Células del margen, entre el gorro animal y las del área vegetal, formarán el mesodermo. (6 hrs)
Gástrula: Etapa caracterizada por una invaginación de células, que comienza en el margen vegetal opuesto
al s.e.p., zona conocida como el labio dorsal del blastoporo. El blastoporo se agranda en un anillo alrededor
del polo vegetal. La invaginación de las células
crea una nueva cavidad, el arquenterón, o tracto
digestivo primitivo. El techo del arquenterón
inicialmente
esta
formado
por
células
mesodermales del labio dorsal. Como resultado
de
gastrulación
las
tres
capas
germinales
Figure 2 - Gastrulation
terminan en sus posiciones finales. (10 hrs)
Néurula: Esta etapa esta caracterizada por una segunda invaginación de células ectodermales sobre el techo
del arquenteron para generar el tubo neural, característica distintiva de vertebrados. El tubo neural que surge
del células mesodermales que instruyen a las del ectodermo a que se diferencian eventualmente en el cerebro
y cordón espinal (18 hrs)
Organogénesis: Una vez el tubo neural esta formado, este y el notocordio instruyen
a sus vecinos a
diferenciarse en somitas, precursores de lo músculos dorsales, las vertebras y piel. El embrión desarrolla boca
y ano y se alarga. Se forman las branquias, y eclosiona. Se forman las yemas precursoras de las extremidades
y se desarrollan. (72 hrs)
Metamorfosis: El cambio de la larva/renacuajo
acuática al adulto que puede vivir en la tierra.
Ocurre gracias a la glándula tiroidea del
renacuajo.
Las
aletas
desaparecen
y
las
extremidades se desarrollan. El cráneo de
cartílago del renacuajo se sustituye por uno
óseo.
Dientes
puntiagudos
de
la
larva
Figure 3 - Metamorphosis
desaparecen y aparece la mandíbula y boca con
la lengua para atrapar moscas. Tracto GI de la larva, que es largo (herbívoros), se reduce adaptándose para
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dieta carnívoras. Desaparecen la agallas y aparecen los pulmones. Es gatillada por presiones ambientales
como otoños, para prepararse para el invierno. (4 semanas)
Embriología Experimental
Separación de blastómeros: Cada uno de los dos medios blastómeros, cuando son separados uno del otro,
pueden formar un renacuajo completo y eventualmente una rana. Sin embargo luego de la segunda división
los blastómeros del cuarto no pueden completar hasta renacuajos.
Organizador de Spemann y Mangold: en los 1920’s Hans Spemann y Hilde Mangold transplantaron el labio
dorsal del blastoporo dentro de otro embrión en etapa de gástrula. El embrión receptor formo dos ejes
embrionarios. El labio dorsal transplantado se diferencio en notocordio como lo haría normalmente e indujo al
presunto ectodermo ventral a formar un tubo neural. Asi el labio dorsal del blastoporo que forma el notocordio
mesodermal, tiene el poder de inducir la diferenciación neural de células ectodermales no comprometidas y
subsiguientemente organizar un eje secundario (mas información en http://embryo.asu.edu/pages/spemannmangold-organizer).
Transplante de la cresciente gris: Como y cuando la especificación dorsal ocurre? A.S.G. Curtis
removio la corteza de la creciente gris de un huevo acabado de fecundar o de embriones de 8 celulas. Los
embriones de 8 celulas sobrevivieron y se desarrollaron normalmente. El huevo recién fecundado no llego ni a
gástrula. Si la corteza de la creciente gris es implantada en el presunto margen ventral del huevo recién
fecundado o del embrión de 8 células, los primeros llegan a gástrula en ambas crecientes grises con dos
blastoporos y desarrollan un segundo eje embrionario. Salen gemelos, hallazgo que provoco una estampida de
estudios para caracterizar lo que había en la corteza de la creciente gris para identificar los determinantes
citoplasmáticos que inducían la formación de un segundo labio dorsal. La etapa de 8 células no llego a
gástrula.
Rotación y Radiación UV: Irradiar el hemisferio vegetal con luz UV (254 nm) antes de la primera división
también previene la gastrulación. La división celular procede al ritmo normal pero no se forma creciente gris. El
resultado es un embrión ventralizado sin estructuras dorsales ni anteriores; no hay eje A-P. Interesantemente
con solo inclinar el huevo se puede rescatar a los huevos irradiados con UV, y restaurar la gastrulación con el
desarrollo normal del embrión. El huevo debe ser inclinado antes de la segunda división. La dirección hacia
donde se incline el huevo indica donde se formara el labio dorsal del blastoporo. La inclinación de huevos sin
irradiar induce gemelos si esta se realiza luego de fecundados y antes de la segunda división.
Cual es la relación entre la luz UV, la inclinación y la creciente gris?
Que destruye la luz UV?
Como la inclinación rescata los huevos irradiados?
Ejercicios:
1. Si se le suministra muestras de agua de charca observar en microscopios para tratar de identificar
huevos en distintas etapas del desarrollo.
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2. Utilizando las laminillas preparadas y los modelos suministradas sobre desarrollo, observarlas e
identificar estructuras: blastómeros, polo animal, polo vegetal, creciente gris, labio dorsal del
blastoporo, notocordio, tubo neural, blástula, gástrula, néurula.
3. Repasar los procesos del desarrollo de anfibios en los enlaces con videos suministrados en la
presentación
4. Resultados: una tabla de tiempo con etapas del desarrollo de anfibio y los aspectos mas notables o
distintivos de cada una de ellas.
Referencias:
Developmental BIology, S. Gilbert 9th Edition, Sinauer Associatess, Cap 1.
Experimentos en BIologia del Desarrollo, MH Morales y JR Ortiz, Universidad de Puerto Rico, Rio
Piedras
Developmental Biology Interactive
http://www.devbio.biology.gatech.edu/?page_id=49
General Biotechnology Animations
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animation.html
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/generalscience.html
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