第一章 生殖细胞发生

null第一章 生殖细胞(germ cells)发生第一章 生殖细胞(germ cells)发生第一节 生殖细胞的起源与分化 第二节 精子发生 第三节 卵子发生null生殖细胞（配子gamete) 体细胞（somatic cells) 合子（zygote） 生命周期（life cycle) 孢子（zooid） 芽（bud）null第一节 生殖细胞细胞的起源与分化 第一节 生殖细胞细胞的起源与分化 一、生殖质与生殖细胞分化 二、原始生殖细胞的迁移 三、生殖细胞定向分化的决定null原始生殖细胞 （primordial germ cells, PGCs) 生殖腺原基（genital anlage） 生殖质（germ plasm)一、生殖质与生殖细胞分化一、生殖质与生殖细胞分化秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans） 果蝇（Drosophila melanogaster） 爪蟾（Xenopus laevis） 小鼠（Mouse）等线虫 P颗粒 pie－1基因 PIE－1蛋白线虫 P颗粒 pie－1基因 PIE－1蛋白果蝇果蝇极质（pole plasm）（determinant for germ cell） UV照射实验 移植果蝇极质引起生殖细胞分化母体效应基因 （maternal-effect gene）母体效应基因 （maternal-effect gene）oskar基因 bicoid 基因null爪蟾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。null蛙受精的合子中生殖质成分（种质）靠近植物极null桑椹胚内胚层区里含有种质成分的细胞的有丝分裂null在原肠胚形成启动时，靠近囊胚腔底面的原始生殖细胞。null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二、原始生殖细胞的迁移1、两栖类原始生殖细胞的迁移 2、哺乳动物原始生殖细胞的迁移 3、鸟类和爬行类原始生殖细胞的迁移null1、两栖类原始生殖细胞的迁移 生殖质（植物极质膜下） →囊胚腔底部卵裂球间的分裂沟附近 →原肠底部内胚层（PGCs） →背肠系膜 →生殖嵴2、哺乳动物原始生殖细胞的迁移2、哺乳动物原始生殖细胞的迁移免疫组织化学方法显示 原条后部胚外中胚层（7d）中有8个较大的PGCs →尿囊与后肠交接处附近聚集 →卵黄囊附近再分成两群 →后肠迁移到背肠系膜 →两侧生殖嵴（12天时，由8~100个增加到 2500-5000个） In vitro生殖嵴分泌的弥散性分子可吸引PGC的迁移和促进其有丝分裂的能力哺乳动物原始 生殖细胞的迁移哺乳动物原始 生殖细胞的迁移null外胚层细胞（PGCs） 明区中部 生殖新月（germinal crescent）（明区前缘与暗区交界处） 血液循环 生殖嵴3、鸟类和爬行类原始生殖细胞的迁移 nullPGCs停留毛细血管壁，同时毛细血管壁的内皮细胞可能具有一些特殊成分使PGCs吸附其上，这种吸引作用没有种的特异性。*减数分裂*减数分裂PGCs有丝分裂进行增殖(雌性哺乳类胚胎期完成) 减数分裂开始分化三、生殖细胞定向分化的决定三、生殖细胞定向分化的决定迁入生殖腺的PGCs具有两种潜能，由生殖腺 微环境决定分化为精子或卵子（移植实验)。 雌雄同体的秀丽隐杆线虫为研究这种决定 机制的最佳实验。 在此涉及两种决定： ①进行有丝分裂或减数分裂？ ②形成精子或卵子？null（1）秀丽隐杆线虫生殖腺末端有一个不分裂的细胞称为远端细胞（distal tip cell)，靠近它的生殖细胞进行有丝分裂形成生殖干细胞库；远离远端细胞的生殖细胞进行减数分裂。切除远端细胞则所有细胞进行减数分裂。 （2）在秀丽隐杆线虫的卵精巢(ovotestis)中，进行减数分裂的，先形成的最远端的细胞形成卵子，而近端的细胞形成精子。秀丽隐杆线虫 最远端的细胞秀丽隐杆线虫 最远端的细胞第二节 精子发生(spermatogenesis) 第二节 精子发生(spermatogenesis) 一、精子发生(spermatogenesis) 二、精子形成(spermiogenesis) 三、精子发生中基因表达的调控null一、 精子发生 雄性生殖腺原基（ PGCs ） 性索→生精小管（生精细胞、支持细胞（sertoli cells) ） 精原细胞(spermatogonium) A1 → A2 → A3 → A4 →过渡型精原细胞→B 初级精母细胞(primary spermatocyte) 次级精母细胞(secondary spermatocyte) 精子细胞(spermatid)：合胞体(syncytium)、细胞间桥） 精子形成→精子哺乳动物精子发生过程哺乳动物精子发生过程哺乳动物生精小管哺乳动物生精小管哺乳动物生精小管哺乳动物生精小管哺乳动物生精小管哺乳动物生精小管二、精子形成(spermiogenesis)二、精子形成(spermiogenesis) 高尔基体形成顶体泡，中心粒产生精子鞭毛，线粒体整合入鞭毛，核浓缩，胞质废弃，最后产生成熟的精子。null人类精子结构示意图小鼠从生殖干细胞到成熟精子约需34.5d, 精原细胞阶段8d，减数分裂持续13天，精子形成13.5d。 人类精子发育需要74d才能完成。null三、精子发生的基因表达调控三、精子发生的基因表达调控1、果蝇灯刷状Y染色体5个DNA环→精子尾部 2、精子运动和精卵结合相关蛋白质 ⑴β2 －微管蛋白：减数分裂纺锤丝、鞭毛轴丝、 线粒体拉长相关蛋白 β3－微管蛋白 ⑵海胆结合蛋白（bindin） 3、贮存性mRNA：LDH－X、鱼精蛋白 4、修饰组蛋白：N－末端磷酸化 5、杂合子小鼠：单倍体阶段转录两种类型精子null染色体螺旋化染色体螺旋化染色体进一步螺旋化（体细胞和精子）染色体进一步螺旋化（体细胞和精子）null第三节 卵子发生（oogenesis）一、卵母细胞的减数分裂 二、 两栖类卵母细胞的成熟 三、减数分裂的阻断和继续 四、卵母细胞的基因转录 五、昆虫卵子的发生 六、哺乳动物卵母细胞的成熟和排放null一、卵母细胞的减数分裂 卵子发生和精子发生（可运动核）的异同 PGCs →卵原细胞→初级→ 次级卵母细胞（oocyte）+1st极体（polar bodies)→卵（egg） （细胞质库）+2nd极体 孤雌生殖null人类卵巢中生殖细胞数目的变化人类卵巢中生殖细胞数目的变化二、两栖类卵母细胞的成熟二、两栖类卵母细胞的成熟卵原细胞→卵母细胞(卵黄形成前期－小生长期、卵黄形成期－大生长期)→卵 卵黄发生: 卵黄蛋白原(vitellogenin)肝脏→血液→卵巢→卵巢滤泡细胞→卵母细胞 卵黄小板：卵黄高磷蛋白和卵黄磷脂蛋白 极性、卵轴(egg axis)、皮层、内质 细胞骨架：vgI mRNA 卵子发生的激素调控 卵子成熟：生发泡(germinal vesicle) （核膜）破裂 排卵 豹蛙卵的生长豹蛙卵的生长卵黄小板动－植物极性建立卵黄小板动－植物极性建立卵成分的梯度分布－卵轴卵成分的梯度分布－卵轴三、减数分裂的阻断和继续三、减数分裂的阻断和继续细胞周期与促成熟因子（MPF）和 细胞周期蛋白（cyclin）细胞周期与促成熟因子（MPF）和 细胞周期蛋白（cyclin）四、卵母细胞的基因转录四、卵母细胞的基因转录细胞质库 rRNA（核仁rDNA） mRNA（灯刷染色体） tRNA 5sRNA灯刷染色体（lampbrush chromasomes)灯刷染色体（lampbrush chromasomes)灯刷染色体（lampbrush chromasomes)灯刷染色体（lampbrush chromasomes)五、昆虫卵子的发生五、昆虫卵子的发生卵巢的生殖系干细胞 生殖干细胞 成包囊细胞(cystoblast)：经4次有丝分裂 16个包囊细胞(cysto-cytes)的包囊(cyst) → 15个营养细胞(nurse cells)(多倍体) →1个卵母细胞(四环管)果蝇mRNA的转运 （bicoid mRNA放射自显影）果蝇mRNA的转运 （bicoid mRNA放射自显影）果蝇—— 卵黄蛋白合成与调节和卵的极性果蝇—— 卵黄蛋白合成与调节和卵的极性相关结构 脑、咽侧体、脂肪体、卵巢 激素 神经释放激素、保幼激素水平、蜕皮素六、哺乳动物卵母细胞的成熟和排放六、哺乳动物卵母细胞的成熟和排放 人类卵巢中生殖细胞数目的变化 一般哺乳动物出生后无卵原细胞哺乳类 卵泡发育哺乳类 卵泡发育哺乳动物的卵子排放哺乳动物的卵子排放排卵方式 ①刺激性排卵：交配、视觉等。 ②周期性排卵 环境因素 →下丘脑（促性腺激素释放因子GnRH） →垂体促卵泡激素 (follicle-stimulating hormone，FSH）和黄体生成激素(luteinizing hormone, LH) 滤泡细胞雌激素（estrogen) 黄体孕酮（progesterone）人月经周期（menstrual cycle，约28天)人月经周期（menstrual cycle，约28天) 月经周期是： 卵巢周期（卵子）；子宫周期（子宫内膜）；子宫颈周期（粘液，精子）三个方面活动的综合表现。 一般月经周期可分三个阶段： 1、增殖期/滤泡期 排卵 2、分泌期/黄体期 3、月经期雌激素（estrogen)五方面作用雌激素（estrogen)五方面作用1、引起子宫粘膜增殖，促进粘膜血管形成； 2、引起子宫颈粘液稀薄； 3、引起垂体降低FSH产生，同时，引起滤泡细胞表面的FSH受体增多，促进滤泡细胞释放多肽激素抑制因子，抑制垂体释放FSH； 4、低浓度时抑制LH的生成，高浓度时刺激LH的生成； 5、在长时间持续高浓度时，引起下丘脑分泌促性腺激素释放因子（GnRH）。卵子的排放——LH作用于卵泡卵子的排放——LH作用于卵泡1、胶原酶—— 消化卵泡细胞外基质。 2、纤维蛋白溶原酶活化因子—— mRNApoly(A)化，并翻译成活性高的酶。 3、前列腺素—— 卵巢内部平滑肌收缩。卵子排放的激素调节卵子排放的激素调节null人月经周期（menstrual cycle，29.5天)人月经周期（menstrual cycle，29.5天)卵巢周期 子宫周期 子宫颈周期nullnull精子发生与卵子发生的不同点： •  精子发生开始于青春期，卵母细胞产生开始于胚胎期 。 •  精子发生是一个连续过程，不停滞。卵产生经过两次 停滞，初级卵母细胞可在卵巢内停滞于第一次减数分裂 前期达几十年，使卵母细胞充分生长；次级卵母细胞受 精前也停留在第二次减数分裂的中期，受精后才完成第 二次减数分裂。 null一个精原细胞完成二次减数分裂后产生 4 个精子，均有受精能力；而卵母细胞减数分裂后胞质分配不均等，只产生一个大的卵子，另外为2或3个没有受精能力的极体，将大部分对早期胚胎发育起重要作用的分子和信息留在卵母细胞的胞质中。 睾丸产生的精子只是形态上的成熟，既没有运动功能又没有受精功能，必须在附睾管内运行的过程中，逐步获得运动与受精功能。 null生殖质（germ plasm） ：具有一定形态结构的特殊 细胞质，主要由蛋白质和RNA构成，由于富含RNA， 可以被嗜碱性染料着色。随着胚胎发育的进行，生殖 质逐渐地被分配到一定的细胞中，这些具有生殖质的 细胞将分化成为原生殖细胞。 生发泡（germinal vesicle）： 处于减数分裂I偶线期 的初级卵母细胞核，核质大量增加成一个大的球形。null母体效应基因（maternal-effect gene)：在卵子发生过程中表达并在卵子发生及早期胚胎发育中具有特定功能的基因称为母体效应基因。 合子基因（zygotic gene)：在受精后才表达的胚胎基因称为合子基因。null思考题 1、生殖质？在果蝇和线虫分别叫做什么？ 2、PGC？ 3、生殖嵴？ 5、精子发生过程？发生特点？ 6、生发泡？孤雌生殖？ 7、精子和卵子发生的不同点？