第1章生殖細(xì)胞發(fā)生課件

第一章生殖細(xì)胞的發(fā)生

進(jìn)行有性繁殖的高等生物，由生殖細(xì)胞（germcells)分化產(chǎn)生世代交替的橋梁—配子（gamete)，雌、雄配子結(jié)合形成合子（zygote),經(jīng)發(fā)育過(guò)程形成具有體細(xì)胞（somaticcells)和生殖細(xì)胞的個(gè)體，成熟的個(gè)體再產(chǎn)生生殖細(xì)胞，周而復(fù)始，使種族的生命得以延續(xù)，而構(gòu)成生命周期（lifecycle)。第一節(jié)生殖細(xì)胞的起源、分化和遷移

生殖細(xì)胞來(lái)源于其前體——原始生殖細(xì)胞（primordialgermcells,PGCs)。原始生殖細(xì)胞的起源可以追溯到相當(dāng)早期的階段，有些動(dòng)物在卵母細(xì)胞中已可識(shí)別出生殖質(zhì)（germplasm)的存在，它主要由蛋白質(zhì)和RNA構(gòu)成。由于富含RNA可被嗜堿性染料著色。隨胚胎發(fā)育生殖質(zhì)被分配到一定的細(xì)胞中，它們將分化為原始生殖細(xì)胞。當(dāng)生殖嵴發(fā)生時(shí)，原始生殖細(xì)胞以各種不同的方式遷入其內(nèi)，并在此進(jìn)行生殖細(xì)胞的分化。一.生殖細(xì)胞的起源、分化和遷移秀麗線蟲(chóng)（Caenorhabditiselegans)的未受精卵中P-顆粒均勻分布于整個(gè)卵質(zhì)中。受精后當(dāng)雌雄原核相遇時(shí)，P-顆粒后移集中于受精卵的后部。隨胚胎的發(fā)育P-顆粒最后只發(fā)現(xiàn)于將來(lái)產(chǎn)生配子的P-細(xì)胞中在果蠅（Drosophila）中生殖質(zhì)位于受精卵的后端，內(nèi)含特殊的極質(zhì)顆粒。用紫外線照射破壞極質(zhì)顆粒，此后的發(fā)育中沒(méi)有生殖細(xì)胞發(fā)生。移植實(shí)驗(yàn)證明，將含極質(zhì)顆粒的細(xì)胞質(zhì)移植到另一胚胎前部，前部的細(xì)胞可分化為原始生殖細(xì)胞。副蛔蟲(chóng)單倍體生殖細(xì)胞只有2條染色體,第一次卵裂為緯裂形成動(dòng)物極和植物極兩個(gè)卵裂球;在第二次卵裂前動(dòng)物極卵裂球染色體兩端裂解成數(shù)十個(gè)小片段,散布細(xì)胞質(zhì)中,不再加入新形成的細(xì)胞核內(nèi),因而失去很多基因,這一現(xiàn)象稱為染色體消減(chromosomediminution)。植物極卵裂球仍保持正常數(shù)目染色體。4-細(xì)胞期胚胎只有1個(gè)卵裂球含有正常數(shù)目染色體。16-細(xì)胞期只有2個(gè)卵裂球含全數(shù)染色體，最終只有1個(gè)卵裂球含全數(shù)染色體形成生殖細(xì)胞，其它形成體細(xì)胞。二.原始生殖細(xì)胞的遷移1.兩棲類原始生殖細(xì)胞的遷移無(wú)尾兩棲類受精卵中生殖質(zhì)集中于植物極質(zhì)膜下面，一直保持到兩次卵裂。在囊胚期生殖質(zhì)位于囊胚腔底部卵裂球間的分裂溝附近。到原腸胚形成PGCs，位于原腸腔底部的內(nèi)胚層（腸壁）中，此后遷入背腸系膜，向前遷入到達(dá)生殖嵴，PGCs與生殖嵴細(xì)胞共同形成生殖腺。三.生殖細(xì)胞定向分化的決定遷入生殖腺的PGCs具有兩種潛能，由生殖腺微環(huán)境決定分化為精子或卵子（移植實(shí)驗(yàn))。雌雄同體的秀麗線蟲(chóng)為研究這種決定機(jī)制最佳材料。在此涉及兩種決定：①進(jìn)行有絲分裂或減數(shù)分裂？②形成精子或卵子？（1）秀麗線蟲(chóng)生殖腺末端有一個(gè)不分裂的細(xì)胞稱為遠(yuǎn)端細(xì)胞（distaltipcell)，靠近它的生殖細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂形成生殖干細(xì)胞庫(kù)；遠(yuǎn)離遠(yuǎn)端細(xì)胞的生殖細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂。切除遠(yuǎn)端細(xì)胞則所有細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂。（2）在秀麗線蟲(chóng)的卵精巢（ovotestis）中，進(jìn)行減數(shù)分裂的，先形成的最遠(yuǎn)端的細(xì)胞形成卵子，而近端的細(xì)胞形成精子。第二節(jié)精子發(fā)生一.精子發(fā)生(spermatogenesis)PGCs一旦到達(dá)雄性胚胎的生殖腺原基就進(jìn)入性索,在此停留直到成熟。在成熟過(guò)程中，性索發(fā)育為生精小管，其上皮細(xì)胞分化為支持細(xì)胞（Sertolicells)。精子發(fā)生在支持細(xì)胞的凹陷中進(jìn)行。精原細(xì)胞(spermatogonium)

→初級(jí)精母細(xì)胞(primaryspermetocyte),→次級(jí)精母細(xì)胞(secondaryspermatocyte)?！蛹?xì)胞(spermatid)→精子(sperm)。

從精原細(xì)胞到精子細(xì)胞的分裂過(guò)程中細(xì)胞質(zhì)的分裂不完全，細(xì)胞間有直徑1μm的細(xì)胞質(zhì)間橋使它們彼此連接形成合胞體(syncytium)。通過(guò)細(xì)胞質(zhì)間橋溝通信息，保證每群細(xì)胞同步成熟。在上述過(guò)程中隨著分裂，細(xì)胞逐漸靠近管腔，在不同層次看到不同分化時(shí)期的生精細(xì)胞。

二.精子形成(spermiogenesis)

精子細(xì)胞必須經(jīng)過(guò)分化才能變?yōu)槌墒炀?。第一步是由高爾基?fù)合體形成囊狀的頂體（acrosome），覆蓋于精子核的頭部。同時(shí)精子核旋轉(zhuǎn)使頂體朝向基膜,以便細(xì)胞核對(duì)側(cè)的中心粒形成的鞭毛朝向生精小管的管腔。最后細(xì)胞核染色質(zhì)濃縮，大部分細(xì)胞質(zhì)成分被拋棄，線粒體環(huán)繞鞭毛基部形成環(huán)狀。小鼠從生殖干細(xì)胞到成熟精子約需34.5天,精原細(xì)胞階段8天，減數(shù)分裂持續(xù)13天，精子形成13.5天。人類精子發(fā)育需要74天才能完成。第三節(jié)卵子發(fā)生卵子發(fā)生（oogenesis）和精子發(fā)生一樣經(jīng)歷減數(shù)分裂，但二者并不完全相同：精母細(xì)胞經(jīng)兩次減數(shù)分裂產(chǎn)生4個(gè)精子細(xì)胞，而卵母細(xì)胞（oocyte）經(jīng)兩次減數(shù)分裂產(chǎn)生1個(gè)卵子和2-3個(gè)極體（polarbodies)。精子形成后只是形成一個(gè)“能運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞核”，而卵子還要建立一個(gè)由酶、mRNA、細(xì)胞器和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成的細(xì)胞質(zhì)庫(kù)，以備受精后胚胎發(fā)育所需，因此經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的生長(zhǎng)期(兩棲類3年)。一.兩棲類的卵子發(fā)生1.卵黃發(fā)生:兩棲類的卵子由卵原細(xì)胞分化而來(lái),每年產(chǎn)生一批新卵子。在卵子發(fā)生期間卵黃迅速積累，卵子體積增大。卵黃的主要成分是卵黃蛋白原（vitellogenin),它在肝臟中合成，經(jīng)血液循環(huán)進(jìn)入卵巢，經(jīng)過(guò)卵巢濾泡細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)和胞飲作用進(jìn)入卵母細(xì)胞。起初在卵內(nèi)分布均勻，后主要集中在植物極（75%)。最后受神經(jīng)及激素等作用，生發(fā)泡（germinalvesicle）（核膜）破裂卵子成熟，排卵。2.卵母細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄

兩棲類卵母細(xì)胞在減數(shù)分裂前出現(xiàn)燈刷染色體（lampbrushchromasomes),其活躍合成RNA的基因環(huán)伸出。用放射性組蛋白mRNA證明其上的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)。到減數(shù)分裂的雙線期所有早期發(fā)育所需的rRNA、tRNA和母體mRNA都已完成轉(zhuǎn)錄并儲(chǔ)存。二.昆蟲(chóng)的卵子發(fā)生有些昆蟲(chóng)（果蠅）以營(yíng)養(yǎng)型方式進(jìn)行卵子發(fā)生。卵巢內(nèi)的生殖系干細(xì)胞經(jīng)一次分裂產(chǎn)生一個(gè)生殖干細(xì)胞和一個(gè)包囊干細(xì)胞（cystoblast),一個(gè)包囊干細(xì)胞經(jīng)4次不完全的有絲分裂產(chǎn)生16個(gè)包囊細(xì)胞（cysto-cytes）組成的包囊（cyst),細(xì)胞間以細(xì)胞質(zhì)間橋相互連接為合胞體。其中只有胞囊后端的一個(gè)細(xì)胞形成卵母細(xì)胞，其余15個(gè)變?yōu)闋I(yíng)養(yǎng)細(xì)胞（nursecells)。營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞核的DNA經(jīng)多次復(fù)制，形成多倍體的核。盡管卵子發(fā)生中不經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄活躍階段，但在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中大量的RNA合成，并轉(zhuǎn)運(yùn)到卵母細(xì)胞中。二.昆蟲(chóng)的卵子發(fā)生（續(xù)）(A）用3H-胞嘧啶做的放射自顯影研究證明，標(biāo)記后家蠅卵室內(nèi)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的核被深深地記;(B)5小時(shí)后標(biāo)記物開(kāi)始進(jìn)入卵的細(xì)胞質(zhì)。?用果蠅最早進(jìn)入卵母細(xì)胞的bicoidmRNA探針做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如上相同。昆蟲(chóng)中三種主要的卵黃蛋白是在脂肪體和卵巢中合成的，卵母細(xì)胞本身并不合成。卵黃合成是受幾種因子相互作用控制的，如性別、保幼激素水平、蛻皮素和營(yíng)養(yǎng)狀況等。這些生理因子被兩個(gè)卵黃蛋白基因（yp1，yp2）間的增強(qiáng)子區(qū)整合，它們只在雌性中有活性，而且它只受雌性特異的雙性蛋白調(diào)節(jié)。對(duì)環(huán)境反應(yīng)分泌的腦激素刺激蛋白合成開(kāi)始。三.哺乳動(dòng)物的卵子發(fā)生1.哺乳動(dòng)物卵的成熟哺乳動(dòng)物卵原細(xì)胞的增殖只發(fā)生在發(fā)育早期。人2-7月齡胚胎中卵原細(xì)胞由1000個(gè)迅速增加到700萬(wàn)個(gè)，此后急劇下降。大部分死亡，存活者進(jìn)入第一次減數(shù)分裂分化為初級(jí)卵母細(xì)胞，至雙線期終止，直到青春期。其中大多數(shù)卵母細(xì)胞終止分裂長(zhǎng)達(dá)50多年，而且有的繼續(xù)死亡。12歲獲得恢復(fù)減數(shù)分裂信號(hào)，一生中大約400個(gè)卵母細(xì)胞分化成熟。卵母細(xì)胞的成熟過(guò)程如右下圖示。2.哺乳動(dòng)物的排卵⑴排卵的方式：①刺激性排卵：交配、視覺(jué)等。②周期性排卵：一年特定動(dòng)情期排卵。環(huán)境因素，如光照、溫度刺激下丘腦釋放垂體促性腺釋放因子，后者又刺激垂體釋放促卵泡激素(follicle-stimulating