生殖细胞发生2课件

生殖细胞发生生殖质与原始生殖细胞；配子的发生主要掌握精子与卵子的发生过程及机制知识点体细胞（Somaticcell）生殖细胞（Germcell）或配子（Gamete）

定义：特殊分化的细胞，能够传递遗传物质到下一世代，个体发育的基础。

雌配子（Femalegamete）或卵（Ovum）;

雄配子（Malegamete）或精子（Sperm）生物个体生殖细胞的发生原始生殖细胞（PGC）生殖嵴中，增殖和性细胞定向分化（性染色体、激素、环境因子）精原、卵原细胞成熟两性配子原始生殖细胞→生殖原细胞（性原细胞）→雌、雄配子生殖干细胞发育（胚胎或幼体）迁移决定配子发生（性成熟）一.

生殖质与生殖细胞的分化二.原始生殖细胞的迁移三.精子发生（spermatogenesis）四.卵子发生(oogenesis)

有些动物的卵细胞质中存在着具有一定形态结构、可识别的特殊细胞质——生殖质（germplasm）。

生殖质由蛋白质和RNA组成，定位于卵质的特殊区域，具有生殖质的细胞将分化成为原始生殖细胞（primordialgermcell，PGC）。

原始生殖细胞经过迁移，进入发育中的生殖腺原基—生殖嵴（genitalridge）分化成为生殖细胞（germcell）。

一、生殖质与生殖细胞分化P颗粒在受精过程和第一次卵裂过程中的不对称定位26细胞期时全部P颗粒都在P4细胞中2.果蝇的极质

果蝇的原始生殖细胞最早发现于受精后90min，这些原始生殖细胞位于胚胎的后端。胚胎后端的细胞质内含有特殊的极质（poleplasm）颗粒，其内含有蛋白质和多种RNA。极细胞（Polarcell）中含有极质（含生殖细胞决定子，又称生殖质颗粒)9次卵裂后，有5个细胞核移至未来胚胎的末端，分化为极细胞生殖细胞的起源和分化极细胞表面卵裂果蝇的极细胞将分化为原生殖细胞果蝇的极质A.果蝇极细胞极质的透射电镜照片。B.卵裂结束前的早期果蝇胚胎极细胞的扫描电镜照片。移植果蝇极细胞质能够治愈射线照射引起的生殖细胞不发育决定果蝇原始生殖细胞的命运的基因gcl(germcell-less):gcl基因在卵的生成过程中由营养细胞转录，受精后开始翻译，其蛋白定位在极质中。缺失该基因导致果蝇无生殖细胞。另外在果蝇的极质中还发现了一些可能参与PGC形成的基因产物，如:nanos

基因、线粒体大核糖体RNA(mtlrRNA,mitochondriallargeribosomalRNA)以及极粒成分（polargranulecomponent,pgc）的非翻译RNA等。以果蝇为例总结如下：

1.含有特殊极质颗粒的原生殖细胞位于胚胎后端

2.若将一个P基因型受精卵后段胞质中的生殖质移植到另一个Y基因型早期卵裂阶段胚胎的前端胞质中，可使Y基因型细胞也分化成为原生殖细胞：

3.如果将这些原生殖细胞再移植到另一胚胎的后端，并进一步迁移进入生殖原基，这些细胞可以发育成功能性生殖细胞

4.发现有8个母体效应基因中，只要其中任何一个基因产生突变，都能引起由其产生的个体无后代，而其由于缺乏生殖质，只能发育成无生殖细胞的不育个体。

5.其中oskar基因对生殖质的形成和装备起着极其重要的调控作用

爪蟾的生殖质两栖类原生殖细胞的发生部位定位在卵细胞的植物极，在这一部位发现有类似于果蝇P颗粒染色性质的胞质成分存在。（Bounoure，1934）在原肠胚形成启动时，靠近囊胚腔底面的原始生殖细胞。4.爬行类和鸟类

爬行类和鸟类的

PGCs的发生定位在胚体与胚外器官交界的称为生殖新月区的部位

5.小鼠：

没有证据表明小鼠与其他哺乳动物生殖细胞发生与生殖质的关系。小鼠生殖细胞发生涉及细胞之间的相互作用。小鼠胚胎中最早能够识别的PGC位于原条后端。二、原始生殖细胞的迁移不同动物在生殖腺原基发生时，原始生殖细胞以不同的方式迁移进入生殖腺原基，在那里进行生殖细胞的分化。1.果蝇原始生殖细胞的迁移果蝇原始生殖细胞起源于胚胎的后端，经后中肠穿过肠壁和中胚层，形成两个分离的队列，最终聚集在生殖腺中。2.两栖类原始生殖细胞的迁移

两栖动物的生殖质定位在卵的植物极，用紫外线照射胚胎植物极之后，生殖腺中将缺少生殖细胞。原始生殖细胞迁移路线：植物极---囊胚腔底部细胞的分裂沟附近---原肠腔底部内胚层-－幼虫后肠聚集－沿肠背部迁移至生殖嵴中。每个生殖嵴有～30PGC。生殖嵴细胞内的一些因子是PGCs定向迁移的重要因素。3.鸟类和爬行类生殖细胞的迁移

鸟类的PGC最早起源于明区中央的上胚层细胞，在原肠作用中迁移至明区的前部边缘的下胚层，形成生殖新月区(germinalcrescent)，这些细胞繁殖成为PGC。生殖新月区形成血管时，PGC进入血管，通过血液循环迁移进入生殖嵴。鸡原条期胚胎的背面观，示原始生殖细胞发生的生殖新月区、暗区、明区和亨氏节。4.哺乳动物生殖细胞的迁移A.在卵黄囊靠近后肠和尿囊连接处可观察到原始的生殖细胞。B.原始生殖细胞经过肠、肠系膜的背面迁移到生殖嵴。哺乳动物原始生殖细胞的迁移途径示意图C.小鼠胚胎后肠里大的原始生殖细胞，示碱性磷酸酶的表达。D.原始生殖细胞沿背肠系膜迁移并进入生殖嵴中。斑马鱼PGC的形成Eraz，200343斑马鱼PGC的迁移Erez,200344鱼类的PGC迁移三.减数分裂四、生殖细胞定向分化的决定生殖细胞的起源和分化两种决定：生精或生卵之间的选择（性腺内微环境决定）有丝分裂（维持干细胞）和减数分裂（分化为配子）之间的选择影响因素：性染色体或常染色体上的基因；性腺中的微环境（性激素）；环境因子离开生殖腺末端的细胞进入减数分裂，而留在末端的细胞继续有丝分裂。Glp-1基因在生殖细胞对远端细胞的信号作出反应的过程中起作用。以秀丽线虫为例线虫生精或生卵的分子机制生殖细胞的发生原生殖细胞（PGC）生殖嵴中，增殖和性细胞定向分化（性染色体、激素、环境因子）精原、卵原细胞成熟两性配子原始生殖细胞→生殖原细胞（性原细胞）→雌、雄配子生殖干细胞发育（胚胎或幼体）迁移决定配子发生（性成熟）配子发育的核心内容有四方面减数分裂产生单倍体的配子，二者结合恢复双倍体配子的分化与成熟，保证受精特异性和唯一性建立和储存子代发育必备的信息以及营养成分与亲本性成熟以及性生理活动的协调精子发生精子发生的规律干细胞更新规律22天三周很短精原细胞干细胞初级精母细胞次级精母细胞很短精子细胞精子残余体人精子发生的规律1.精原细胞的增殖及干细胞更新规律2.初级精母细胞的成熟分裂双倍体细胞单倍体细胞3.精子的变态精子的变态过程1.细胞核的变化(1)核体积减小:染色质高度浓缩而致.(2)核蛋白成分变化:碱性蛋白质与DNA结合形成DNA--蛋白

(DNA--蛋白质复合物).2.精子特殊细胞器的形成(1)高尔基复合体顶体(2)线粒体线粒体鞘(3)中心粒:近端中心粒基粒远端中心粒尾部A.精子的成熟过程B、C分别为牛和小鼠的精子。哺乳类睾丸的结构睾丸小隔切面SGspermatogoniaSCspermatocyteRSTroundspermatidESTelongatedspermatidmousetestisSESertoli支持细胞LEleydigcells间质细胞BLbasellaminaMYmyoidcells类肌细胞间质细精子的结构人类精子由头部、中部（颈部）和尾部组成。哺乳类精子的超微结构变态中的精子头部：⑴细胞核⑵顶体赤道段是接触卵子的位点顶体酶：透明质酸酶、唾液酸苷酶、酸性磷酸酶、类胰蛋白酶。分解开尾部：颈段,中段,主段,末段中段主段末段颈段中段主段末段哺乳动物精子鞭毛的横切面，示中央的轴纤丝（centralaxoneme）和外围的纤丝（externalfibers）。精子的运动装置—鞭毛的超微结构，示微管排列的“9＋2”结构。动力臂-----动力蛋白具有ATP酶活性,由线粒体产生的ATP被ATP酶水解释放出能量，供精子运动。螺旋线粒体鞘类别差异灵长类15旋啮齿类300旋海胆1旋外周致密纤维（9条）组成成分不清中段无鞭毛精子三、精子发生中基因表达的调控精子发生过程中基因表达分别发生在减数分裂的双线期、精子分化的启动期和单倍体精子细胞期1、果蝇Y染色体上的转录是控制精子发生所必需的5个DNA环缺失任一个环，导致精子尾部结构不正常2、精子发生中被转录的基因产物，通常是精子运动以及精子与卵子结合时所必需的蛋白质果蝇：如两种同形的β-微管蛋白分子，功能不能替代β2-微管蛋白，仅在精子发生时表达（参与减数分裂纺锤体、轴丝和与线粒体拉长相关的微管形成）；β3-微管蛋白，正常情况下在中胚层和表皮细胞中表达。如果β2-微管蛋白基因表达缺失，用β3-微管蛋白替代β2-微管蛋白，初级精母细胞不能进行减数分裂，轴丝微管不能装配、细胞核不发生变形。说明β2-微管蛋白的作用不被其它β-微管蛋白同形分子所取代。海胆：精子结合蛋白基因在精子发生较晚期转录，并迅速翻译形成蛋白质；后者在顶体泡中积累，参与顶体泡的形成3、初级精母细胞贮存mRNA，供后期发育阶段使用鱼精蛋白（在精子核浓缩过程中，替代染色质的组蛋白）鳟鱼：鱼精蛋白的mRNA早在初级精母细胞便已合成，并储存在RNP颗粒中暂不表达。直到精子细胞阶段（大约转录后1个月），才翻译成鱼精蛋白并代替组蛋白。这个翻译活动受其3’-末端非翻译区调控。如果把该3’-UTR连接到其它mRNA上，后者的翻译活性与鱼精蛋白mRNA的相同。4、精子组蛋白发生甲基化修饰甲基化程度高会导致被甲基化基因转录水平降低在精子发生的后期，许多动物精子的组蛋白处于被修饰状态，如N-末端被磷酸化、甲基化修饰等。这种修饰进一步导致染色体的凝集，使转录活动急剧下降。Y染色体上的基因决定精子的分化成熟第三节卵子发生（oogenesis）一、卵子发生的最基本特点形成单倍体的细胞核；建立一个由酶、RNA、细胞器和代谢产物等所组成的细胞质库；初级卵母细胞有一个较长的减数分裂前期，此期卵母细胞得以充分地生长相同点都经过增殖期、生长期和成熟分裂期；产生单倍体的细胞不同点：1、场所和连续性精子发生：均在精巢内完成，连续；卵子发生：整个过程不一定都在卵巢内完成，非连续

蛔虫型：生发泡尚未破裂时成熟贻贝型：第一次成熟分裂中期脊椎动物型：第二次成熟分裂中期海胆型：两次成熟分裂以后2、精卵发生数目：精多（亿）卵少（1～百万）

产卵量多少与生殖方式有关：

卵生不护卵的动物，产卵量最多（～百万个）；卵生护卵者，较少（百个～千个）；卵胎生和胎生者，产卵量最少（数个～几十个）精卵发生的比较脊椎动物：两次阻断

--减数分裂I双线期

--第二次成熟分裂中期3、减数分裂均等性精细胞均等，产生四个等大的精细胞卵母细胞不均等，产生一个均等的卵子和2-3个极体

极体（polarbody）----卵子发生中产生的含少量细胞质的细胞。4、细胞质分化时间精子晚，两次成熟分裂后进行卵子早，初级卵母细胞阶段5、辅助细胞参与支持细胞（精子发生）滤泡细胞（卵子发生）6、细胞间桥持续时间

精子整个发生过程卵原细胞阶段减数分裂与配子发生过程23,X23,X23,Y23,Y23,X卵原细胞46,XX极体23,X第一次减数分裂DNA复制1次，同源染色体分离初级精母细胞46,XY初级卵母细胞46,XX精原细胞46,XY次级精母细胞精子细胞精子次级卵母细胞23,X卵子23,X第二次成熟分裂，两个染色单体一分为二极体23,XDNA进行1次复制，细胞进行2次分裂（染色体1次分离，1次分裂）23,Y哺乳动物的生殖细胞在出生后就不具备有丝分裂能力。妇女一生只能排出约400个成熟的卵。初级卵母细胞，减数分裂停止于前期

I部分初级卵母细胞开始恢复减数分裂生殖细胞的数量（百万）卵母细胞的成熟过程是一个物质合成与积累的过程，这个过程主要发生在第一次减数分裂的前期1、物质合成与积累豹蛙（Ranapipiens）：前期I分为

--卵黄形成前期

发育信息合成期，灯刷染色体迅速合成RNA--卵黄形成期营养物质合成期，前期I的双线期三、两栖类卵母细胞的成熟卵黄形成前期卵黄形成期两栖类卵母细胞生长和成熟的激素调控

环境（温度）刺激→下丘脑分泌垂体前叶释放因子→垂体分泌促性腺激素↓卵巢滤泡细胞（雌激素）→肝脏（卵黄蛋白原）→卵巢（卵母细胞吸收）→卵黄小板下丘脑垂体促性腺激素滤泡细胞雌激素卵黄蛋白原卵黄合成和卵母细胞分化卵黄合成之后，促性腺激素促进滤泡细胞释放孕酮→卵母细胞核膜破裂、核仁消失、染色体移至两极→减数分裂和排卵，成熟卵处于第二次成熟分裂的中期卵母细胞的基因转录双线期之前，两栖类的卵细胞出现极为活跃的基因转录活动，tRNA、rRNA、mRNA的转录急剧增加灯刷染色体产生（双线期）VI现象：非洲爪蟾减数分裂的细线期持续3-7天，偶线期5-9天，粗线期约为3周，双线期则能维持2～3年之久，卵子成熟后，减数分裂终止在第二次分裂的中期未成熟卵停顿于第一次减数分裂双线期的机制可能依动物种类不同而异，但其减数分裂过程的恢复均由外源信号引起，且因物种不同信号分子的种类不同，如海星中该分子为1-甲基腺嘌呤；两栖类为孕酮；鱼类为17α，20β-二羟-4-孕烯-3-酮（17α，20β-DHP）；哺乳动物为4，4-二甲基-5α-胆甾基-8，14，24-三烯-3β-酚（FF-MAS）。孕酮能促进减数分裂继续进行2、减数分裂的阻断和继续脊椎动物：两次阻断

--减数分裂I双线期

--第二次成熟分裂中期孕酮和受精调控卵母细胞减数分裂的进行双线期阻断

生发泡

孕酮第一次减数分裂中期

第二次

中期阻断

受精机制：孕酮→激活卵内一种c-mosmRNA编码pp39mos（磷蛋白）→激活MPF前体，使细胞完成第一次减数分裂，但进一步的分裂被CSF分子(pp39mos+Cdk2)阻断在第二次分裂的中期；个体受精后，钙离子从内质网释放出来→激活钙调蛋白→活化依赖钙调蛋白的酪蛋白激酶II（CKII）→CSF被降解→周期蛋白降解→第二次分裂的阻断被解除（细胞周期由M相跨入G1相）c-mosmRNA加上poly（A）尾，由此引起pp39mos蛋白的翻译，该蛋白仅发生于卵子成熟过程，受精后迅速降解。3、极性的构建多黄卵卵轴（eggaxis）通过动植物极之间的人为的假设线通过卵内物质排列的不对称体现的这种差异分布的机制尚不清楚，已知Vg1基因的mRNA：细胞骨架对其定位重要，微管带其进入植物半球，微丝将其固定在皮质区卵内物质的迁移和分布：卵黄：卵母细胞表面对卵黄蛋白原的摄入是均等的，但不同部位卵黄小板在卵内的移动不同；皮层颗粒：高尔基小泡在细胞内部转变成皮质颗粒，然后向皮质部迁移；线粒体和色素颗粒也参与皮质部的形成；糖原、核糖体、内质网等向动物极移动；mRNA贮存于RNP颗粒中四、昆虫的卵子发生1、动物卵子发生过程中获取营养的方式（卵子发生类型）1）、独立型

渗透方式从周围环境中获取2）、辅助型滤泡型

滤泡细胞（follicularcell）提供（多无、脊椎）滋养型周围滋养细胞提供

滋养细胞nursecell（败育卵abortiveegg）--卵巢中，与卵母细胞有共同的起源，但在卵母细胞发育过程中，由于提供营养，自身萎缩或被卵母细胞吞噬，而最终不能发育为卵细胞的细胞。

果蝇：滋养细胞扩增基因组成为多倍体，合成mRNA和Pr

环节动物：8个同源卵，其中7个为滋养细胞

海绵动物：卵通过吞噬滋养细胞获得营养单环刺螠（海肠子）精母细胞团♂精子细胞团♀体腔液细胞卵母细胞扇贝卵巢哺乳动物卵巢增殖期

生长期

成熟期

休止期

2、果蝇

1）、卵子发生特点卵巢的卵室内发生，整个过程只需11d卵原细胞经4次分裂形成16个细胞（细胞间桥），其中1号发育为卵细胞，其他的为滋养细胞滤泡细胞逐渐向卵巢前端推进形成卵室，卵细胞定位在卵室顶端卵细胞仅为消费者，发育信息和营养物质均来自滋养细胞、滤泡细胞和脂肪体2）、滋养细胞滋养细胞多倍体（512倍），高转录活性，合成和提供卵子发育所需要的RNA和蛋白质，输送给卵子卵原细胞滤泡形成滋养细胞多倍体滋养细胞3）、卵黄合成及激素调控脑→神经释放激素→咽侧体→保幼激素

↓

卵巢滤泡细胞

↓

卵黄蛋白原←脂肪体←蜕皮激素

保幼激素：调控卵细胞摄入卵黄蛋白原；促进卵巢内卵黄蛋白的合成；促进卵巢滤泡细胞和腹壁细胞释放蜕皮激素蜕皮激素：促进脂肪体合成卵黄蛋白原