生殖細(xì)胞的產(chǎn)生第1頁/共59頁

生殖細(xì)胞的發(fā)生第2頁/共59頁主要內(nèi)容生殖細(xì)胞的發(fā)生：生殖細(xì)胞的起源和分化；精子的發(fā)生；卵子的發(fā)生第3頁/共59頁生殖細(xì)胞的發(fā)生體細(xì)胞（Somaticcell）生殖細(xì)胞（Germcell）或配子（Gamete）

特殊分化的細(xì)胞，世代間的橋梁，個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)。包括：雌配子（Femalegamete）或卵（Ovum），雄配子（Malegamete）或精子（Sperm）第4頁/共59頁

第一節(jié)生殖細(xì)胞的起源和分化原生殖細(xì)胞（Primordialgermcell，PGC）----性別尚未分化的生殖細(xì)胞一、原生殖細(xì)胞的起源觀點(diǎn)Ⅰ:在胚胎發(fā)育的后期由體細(xì)胞分化而來。是通過相鄰器官原基的誘發(fā)和/或在環(huán)境因素影響下使局部細(xì)胞分化為生殖細(xì)胞。如海綿動(dòng)物、腔腸動(dòng)物和扁蟲等；觀點(diǎn)Ⅱ:從受精卵第一次卵裂時(shí)就已分出,即從胚胎發(fā)生起就與體細(xì)胞不同（線蟲、果蠅和兩棲類動(dòng)物爪蟾）。原生殖細(xì)胞以變形運(yùn)動(dòng)方式自主前進(jìn)，其定向遷移與生殖嵴的吸引力，途中周圍細(xì)胞外基質(zhì)的合成有關(guān)。沒有到達(dá)生殖嵴的則分化為所到那個(gè)胚層的細(xì)Germplasm：具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的特殊細(xì)胞質(zhì)，主要有蛋白質(zhì)和RNA構(gòu)成。第5頁/共59頁在胚胎發(fā)育初期生殖細(xì)胞就已經(jīng)決定的動(dòng)物，其生殖細(xì)胞來源于它的前體——原生殖細(xì)胞(primordialgermcell，簡(jiǎn)稱PGC，復(fù)數(shù)為PGCs)。這些原生殖細(xì)胞只有經(jīng)過遷移，進(jìn)入發(fā)育中的生殖腺原基(genitalanlage)——生殖嵴(genitalridge)才能分化成為生殖細(xì)胞第6頁/共59頁一、生殖質(zhì)——原始生殖細(xì)胞秀麗線蟲（Caenorhabditiselegans）果蠅（Drosophilamelanogaster）爪蟾（Xenopuslaevis）小鼠（Mouse）等第7頁/共59頁二、生殖質(zhì)與生殖細(xì)胞分化1、線蟲（nematode）

Caenorhabditiselegans生殖細(xì)胞的起源和分化第8頁/共59頁線蟲未受精卵中有一種均勻分布于整個(gè)卵質(zhì)中的P顆粒。受精后P顆粒集中位于預(yù)定胚胎后部。第一次卵裂時(shí)形成一個(gè)AB大細(xì)胞和一個(gè)含有P顆粒的P1小細(xì)胞。P4細(xì)胞是所有生殖細(xì)胞的始祖細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有所有原來卵質(zhì)中的P顆粒。生殖細(xì)胞最初的分化開始于P4細(xì)胞。第9頁/共59頁第10頁/共59頁第11頁/共59頁2、果蠅(drosophila)雌體雄體生殖細(xì)胞的起源和分化第12頁/共59頁果蠅的原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于后部極質(zhì)9次卵裂后，有5個(gè)細(xì)胞核移至未來胚胎的末端，分化為極細(xì)胞極細(xì)胞（Polarcell）含有極質(zhì)（含生殖細(xì)胞決定子）生殖細(xì)胞的起源和分化第13頁/共59頁果蠅極質(zhì)（Poleplase）（determinantforgermcell）移植果蠅極質(zhì)引起生殖細(xì)胞分化UV照射實(shí)驗(yàn)第14頁/共59頁決定果蠅原生殖細(xì)胞命運(yùn)的基因

germcell-less:在卵的生成過程中由營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄，受精后翻譯的蛋白定位在極質(zhì)中，其缺失導(dǎo)致無生殖細(xì)胞。生殖細(xì)胞的起源和分化第15頁/共59頁生殖細(xì)胞的起源和分化

Oskar:其母體mRNA定位在極質(zhì)中，它的表達(dá)量影響極細(xì)胞的數(shù)量，如1copyofoskar=10-15polecells,2copies=35polecells,4copies=50polecells.它還影響極細(xì)胞的定位。第16頁/共59頁其他：

nanosmRNA，這是一個(gè)影響果蠅腹部分化發(fā)育的基因，如果缺失，將影響腹部分化，同時(shí)導(dǎo)致生殖干細(xì)胞不能向生殖腺遷移，最終引起生殖細(xì)胞缺失

線粒體大核糖體RNA，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用紫外線破壞極細(xì)胞中的RNA后再注射線粒體大核糖體RNA，可恢復(fù)極細(xì)胞發(fā)生

polargranulecomponent(Pgc)的非翻譯RNA分子，與極細(xì)胞遷移有關(guān)

母性效應(yīng)基因（maternal-effectgene）的表達(dá)對(duì)果蠅生殖質(zhì)的形成有重要作用（cappucino,spire,staufen,oskar,vasa,valois,tudor），他們?cè)诼雅菁?xì)胞中被激活，產(chǎn)物進(jìn)入發(fā)育卵細(xì)胞中。他們的突變將干擾極質(zhì)成分的正確定位，從而阻止原生殖細(xì)胞的發(fā)生或遷移。生殖細(xì)胞的起源和分化第17頁/共59頁受精前即卵子發(fā)育時(shí)母體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的RNA甚至翻譯的蛋白質(zhì)，產(chǎn)物定位在成熟的卵的細(xì)胞質(zhì)中。第18頁/共59頁馬蛔蟲（某些線蟲和部分昆蟲）染色質(zhì)消減的細(xì)胞---

體細(xì)胞染色質(zhì)不消減的細(xì)胞---

生殖細(xì)胞染色質(zhì)消減（Chromatindimination)：線蟲或某些昆蟲在卵裂過程中部分染色質(zhì)（體）消失在細(xì)胞質(zhì)中，不能保持原來數(shù)目的染色體組的現(xiàn)象生殖細(xì)胞的起源和分化不同細(xì)胞質(zhì)對(duì)染色體的影響不同。第19頁/共59頁尼龍繩結(jié)扎核不能進(jìn)入極細(xì)胞質(zhì)

將來不育離心使極細(xì)胞質(zhì)分布均勻，每個(gè)細(xì)胞都有極細(xì)胞質(zhì)，則染色體不消減。

第20頁/共59頁3、兩棲動(dòng)物生殖細(xì)胞命運(yùn)也決定于生殖質(zhì)無尾類的生殖質(zhì)雖無膜包圍，但有明顯的界限，一般呈直徑5-12um的小斑，由許多生殖顆粒所組成。第21頁/共59頁GermPlasmattheVegetalPoleofFrogEmbryos第22頁/共59頁如果用紫外線照射豹蛙或林蛙的動(dòng)物極，則對(duì)生殖細(xì)胞的形成沒有影響，但照射植物極后，形成的蝌蚪中生殖細(xì)胞明顯減少，有的可減少90%。第23頁/共59頁

將吸管插入盤舌蟾的受精卵或四細(xì)胞期的胚胎的植物極，吸去約占卵體積1/4的細(xì)胞質(zhì)，結(jié)果在能變態(tài)的蝌蚪生殖腺中沒有或只有少量的生殖細(xì)胞。

第24頁/共59頁

Ikenishi等（1986）將含生殖質(zhì)的植物極細(xì)胞質(zhì)注入從32細(xì)胞期分離出的單個(gè)體細(xì)胞分裂球中，并將此細(xì)胞以3H-胸腺嘧啶標(biāo)記，然后注入到神經(jīng)胚中，結(jié)果這種標(biāo)記的細(xì)胞發(fā)育為PGCs。并可隨宿主胚胎的PGCs一起遷移到生殖嵴中。第25頁/共59頁4、哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞在7天的小鼠胚胎中，約8個(gè)PGC位于胚外中胚層中，其后它們遷移經(jīng)過內(nèi)胚層、尿囊、卵黃囊到達(dá)后腸，再沿后腸背壁向前遷移到達(dá)生殖嵴，此時(shí)的PGC達(dá)2500~5000個(gè)。干細(xì)胞生長(zhǎng)因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促進(jìn)其繁殖。它由PGC遷移路徑中的細(xì)胞合成，定位在膜上。White突變(缺失SCF受體基因)或Steel-Dickie突變(SCF不能定位在膜上)的小鼠無PGC或很少的PGC.生殖細(xì)胞的起源和分化第26頁/共59頁生殖細(xì)胞的起源和分化5、鳥類生殖細(xì)胞鳥類的PGC最早起源于明區(qū)中央的外胚層細(xì)胞，在原腸作用中遷移至明區(qū)的前部邊緣的下胚層，形成生殖新月區(qū)(germinalcrescent)，這些細(xì)胞繁殖成為PGC.第27頁/共59頁生殖細(xì)胞的起源和分化生殖新月區(qū)形成血管時(shí)，PGC進(jìn)入血管，通過血液循環(huán)到達(dá)生殖嵴，然后離開循環(huán)系統(tǒng)。生殖腺的毛細(xì)血管內(nèi)皮對(duì)PGC有吸引力，但對(duì)所吸引的PGC不具備物種特異性。第28頁/共59頁線蟲XX雌雄同體個(gè)體的GC細(xì)胞的發(fā)育經(jīng)歷兩次選擇A：有絲分裂和減數(shù)分裂之間的選擇離開生殖腺遠(yuǎn)端的細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂，而留在遠(yuǎn)端的細(xì)胞繼續(xù)有絲分裂。遠(yuǎn)端的單個(gè)distaltipcell的纖毛含lag-2蛋白，它與GC上的受體glp-1結(jié)合后抑制GC發(fā)生減數(shù)分裂。用激光使tipcell失活可導(dǎo)致所有GC進(jìn)入減數(shù)分裂；將該細(xì)胞移植到其它處，則可使附近細(xì)胞繼續(xù)有絲分裂。第29頁/共59頁幼蟲期離開生殖腺遠(yuǎn)端的細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂，產(chǎn)生精子；在成蟲期離開生殖腺遠(yuǎn)端的生殖細(xì)胞通過減數(shù)分裂產(chǎn)生卵子。線蟲XX雌雄同體個(gè)體的GC細(xì)胞的發(fā)育經(jīng)歷兩次選擇B：生精或生卵之間的選擇第30頁/共59頁線蟲上生精或生卵的分子機(jī)制第31頁/共59頁第二節(jié)精子發(fā)生（Spermatogenesis)精卵發(fā)育的核心內(nèi)容有四方面減數(shù)分裂產(chǎn)生單倍體的配子，二者結(jié)合恢復(fù)雙倍體配子的分化與成熟，保證受精特異性和唯一性建立和儲(chǔ)存子代發(fā)育必備的信息以及營(yíng)養(yǎng)成分與親本性成熟以及性生理活動(dòng)的協(xié)調(diào)第32頁/共59頁一、精子發(fā)生（Spermatogenesis）雄性脊椎動(dòng)物，原生殖細(xì)胞一旦遷入生殖嵴，便與其組織結(jié)合形成上皮樣的生殖索（性索sexcord）。在實(shí)現(xiàn)生殖腺的初步分化以后，生殖干細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)。在個(gè)體性成熟過程中，性索中空形成生精小管（seminiferousbubule)第33頁/共59頁青春期生精生殖細(xì)胞－精原細(xì)胞(spermatogonia)合成的BMP8B積累到一定濃度時(shí)便開始分化。生精細(xì)胞表面有N-Cadherin及半乳糖，曲精小管中的支持細(xì)胞表面有N-Cadherin及半乳糖受體，兩種細(xì)胞通過這些分子的相互作用結(jié)合在一起。支持細(xì)胞為生精細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)，但它們隨著生殖細(xì)胞變?yōu)榫佣嘶?。?4頁/共59頁Self-renewalapoptosis精子分化(spermiogenesis)人約需70天減數(shù)分裂開始第35頁/共59頁鞭毛精子（哺乳類）

頭部頸部尾部

頂體細(xì)胞核中心粒中段主段末段第36頁/共59頁有鞭毛精子第37頁/共59頁精子結(jié)構(gòu)無鞭毛精子第38頁/共59頁下丘腦促性激素釋放激素垂體促濾泡激素（FSH）黃體生成素（LH）生精細(xì)胞支持細(xì)胞作用啟動(dòng)生精；FSH與支持細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，激活A(yù)BP（雄性激素結(jié)合蛋白）物質(zhì)的合成；作用于間質(zhì)細(xì)胞作用促進(jìn)睪酮的分泌三、精子發(fā)生中激素和基因表達(dá)的調(diào)控精子發(fā)生過程中的激素調(diào)控反饋第39頁/共59頁三、精子發(fā)生中激素和基因表達(dá)的調(diào)控精子發(fā)生過程中的激素調(diào)控

促濾泡激素（FSH）→啟動(dòng)精原細(xì)胞有絲分裂、刺激初級(jí)精母細(xì)胞發(fā)育；同時(shí)，F(xiàn)SH與支持細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，激活膜上的cAMP酶，cAMP增加，激活A(yù)BP物質(zhì)的合成基因，合成并分泌ABP（雄性激素結(jié)合蛋白）黃體生成素（luteinizinghormoneLH）→促使間質(zhì)細(xì)胞生成睪酮，使精子成熟（睪酮進(jìn)入靶細(xì)胞質(zhì)中，與其中的受體結(jié)合形成激素-受體復(fù)合物，后者通過核內(nèi)染色質(zhì)上的特定位點(diǎn)結(jié)合到DNA鏈上，活化該部位基因、轉(zhuǎn)錄mRNA、指導(dǎo)特異性蛋白質(zhì)的合成睪酮是精子成熟的必須因子，精子發(fā)生過程必須在較高水平的睪酮作用下才能完成。當(dāng)動(dòng)物血液中的睪酮含量達(dá)到一定水平后，便可通過體液反饋到垂體及下丘腦，抑制其合成或分泌LH和LH-RH（黃體生成素釋放素，由丘腦下部的視上核和弓狀核分泌），以協(xié)調(diào)精子發(fā)生的正常進(jìn)行垂體第40頁/共59頁精子發(fā)生過程中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)1）每個(gè)階段有不同的基因表達(dá)；2）精子發(fā)生的基因調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平和翻譯后修飾。例如：轉(zhuǎn)錄水平：有許多精子發(fā)生特異性轉(zhuǎn)錄因子，如：OCT-2,SPRM1,TAK-1等等。翻譯水平：具有翻譯滯后現(xiàn)象。初級(jí)精母細(xì)胞時(shí)期，便已轉(zhuǎn)錄合成了精子形成時(shí)所需要的mRNA，并儲(chǔ)存于精母細(xì)胞中，待精子形成時(shí)才表達(dá)。翻譯后修飾：在精子發(fā)生的后期，許多動(dòng)物精子的組蛋白處于被修飾狀態(tài)，如N-末端被磷酸化、甲基化修飾等。這種修飾進(jìn)一步導(dǎo)致染色體的凝集，使轉(zhuǎn)錄活動(dòng)急劇下降。第41頁/共59頁第三節(jié)卵子發(fā)生（oogenesis）一、卵子發(fā)生的最基本特點(diǎn)卵子發(fā)生除形成單倍體的細(xì)胞核以外，還要建立一個(gè)由酶、RNA、細(xì)胞器和代謝產(chǎn)物等所組成的細(xì)胞質(zhì)庫初級(jí)卵母細(xì)胞有一個(gè)較長(zhǎng)的生長(zhǎng)期（發(fā)生在減數(shù)分裂前期）第42頁/共59頁不同物種的產(chǎn)卵力差異很大，如海膽和兩棲動(dòng)物的卵原細(xì)胞可以終身進(jìn)行有絲分裂，每次可產(chǎn)卵成百上千個(gè)。

哺乳動(dòng)物的生殖細(xì)胞在出生后就不具備有絲分裂能力。婦女一生只能排出約400個(gè)成熟的卵。初級(jí)卵母細(xì)胞，減數(shù)分裂停止于前期I部分初級(jí)卵母細(xì)胞開始恢復(fù)減數(shù)分裂生殖細(xì)胞的數(shù)量（百萬）第43頁/共59頁哺乳動(dòng)物卵泡的生長(zhǎng)人卵巢中的原始卵泡周期性地進(jìn)入生長(zhǎng)期，使卵母細(xì)胞增大、顆粒細(xì)胞數(shù)量增加，只有少數(shù)與促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能夠存活。四、哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞的成熟和排卵

原始濾泡初級(jí)濾泡次級(jí)濾泡近成熟濾泡成熟濾泡第44頁/共59頁第45頁/共59頁第46頁/共59頁第47頁/共59頁第48頁/共59頁LH導(dǎo)致卵泡合成膠原酶、血纖維蛋白溶原酶激活因子、前列腺素等。前列腺素誘導(dǎo)卵巢局部平滑肌收縮和使水分進(jìn)入卵泡腔中，膠原酶和血纖維蛋白溶原酶激活因子消化卵泡胞外基質(zhì)。第49頁/共59頁二、精卵發(fā)生的區(qū)別1、場(chǎng)所和連續(xù)性精子發(fā)生：均在精巢內(nèi)完成，為一個(gè)連續(xù)過程卵子發(fā)生：整個(gè)過程不一定都在卵巢內(nèi)完成，非連續(xù)非連續(xù)性：卵原細(xì)胞→初級(jí)卵細(xì)胞的雙線期，停止發(fā)育。經(jīng)性成熟前期達(dá)成熟后，分批發(fā)育第50頁/共59頁2、減數(shù)分裂均等性精細(xì)胞均等，產(chǎn)生四個(gè)等大的精細(xì)胞卵母細(xì)胞不均等，產(chǎn)生一個(gè)均等的卵子和2-3個(gè)極體

極體（polarbody）----卵子發(fā)生中產(chǎn)生的含少量細(xì)胞質(zhì)的細(xì)胞。3、分化時(shí)間精子晚，兩次成熟分裂后進(jìn)行卵子早，初級(jí)卵母細(xì)胞階段4、輔助細(xì)胞參與支持細(xì)胞（精子發(fā)生）濾泡細(xì)胞（卵子發(fā)生）5、細(xì)胞間橋持續(xù)時(shí)間

精子整個(gè)發(fā)生過程卵原細(xì)胞階段

魚Coregonus第51頁/共59頁二、兩棲類卵母細(xì)胞的成熟卵黃合成前期卵黃合成期第52頁/共59頁1、物質(zhì)合成與積累蛙卵在發(fā)育中自身進(jìn)行著細(xì)胞器的構(gòu)建，以及準(zhǔn)備著未來合成DNA、RNA、蛋白質(zhì)所需用的酶，積蓄著mRNA、結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)控早期胚胎發(fā)育的形態(tài)發(fā)生原因子、保護(hù)性化學(xué)物質(zhì)，同時(shí)還要合成卵黃物質(zhì)，所有上述物質(zhì)主要在減數(shù)分裂前期I中產(chǎn)生和積累。卵黃發(fā)生與調(diào)控

豹蛙（Ranapipiens）

卵黃物質(zhì)急速積累的時(shí)期是個(gè)體發(fā)育到第三年，以后每年有一批卵細(xì)胞成熟第53頁/共59頁兩棲類卵黃合成與季節(jié)性成熟排卵的調(diào)控

環(huán)境（溫度）刺激→下丘腦分泌垂體前葉釋放因子→垂體分泌促性腺激素↓卵巢濾泡細(xì)胞（雌激素）→肝臟（卵黃蛋白原）→卵巢（卵母細(xì)胞吸收）→卵黃小板下丘腦垂體促性腺激素濾泡細(xì)胞雌激素卵黃蛋白原卵黃合成和卵母細(xì)胞分化第54頁/共59頁2、極性的構(gòu)建通過卵內(nèi)物質(zhì)排列的不對(duì)稱體現(xiàn)的卵軸（eggaxis）通過動(dòng)植物極之間的人為的假設(shè)線這種差異分布的機(jī)制尚不清楚，已知：細(xì)胞骨架對(duì)于RNA分子和形態(tài)發(fā)生原的定位重要第55頁/共59頁三、昆蟲的卵子發(fā)生1、卵子發(fā)生過程中獲取營(yíng)養(yǎng)的方式（卵子發(fā)生類型）1）、獨(dú)立型

滲透方式從周圍環(huán)境中獲取2）、輔助型濾泡型濾泡細(xì)胞（follicularcell）提供（多無、脊椎）滋養(yǎng)型周圍滋養(yǎng)細(xì)胞提供

滋養(yǎng)細(xì)胞nursecell--