A第1章 生細胞的發(fā)生

1、第一章第一章 生殖細胞的發(fā)生生殖細胞的發(fā)生進行有性繁殖的高等生物，由生殖細胞（進行有性繁殖的高等生物，由生殖細胞（germ cells)分化產生世分化產生世代交替的橋梁代交替的橋梁 配子（配子（gamete)，雌雄配子結合形成合子，雌雄配子結合形成合子（zygote), 經發(fā)育過程形成具有體細胞（經發(fā)育過程形成具有體細胞（somatic cells)和生殖和生殖細胞的個體，成熟的個體再產生生殖細胞，周而復始，使種細胞的個體，成熟的個體再產生生殖細胞，周而復始，使種族的生命得以延續(xù)，而構成生命周期（族的生命得以延續(xù)，而構成生命周期（life cycle)。發(fā)育生物學發(fā)育生物學第一節(jié)第一節(jié) 生殖細

2、胞的起源、分化和遷移生殖細胞的起源、分化和遷移生殖細胞來源于其前體生殖細胞來源于其前體原始生殖細胞原始生殖細胞（primordial germ cells, pgcs)。原始生殖細胞的起源可以追溯到相當早期的階段，有原始生殖細胞的起源可以追溯到相當早期的階段，有些動物些動物在卵母細胞中已可識別出在卵母細胞中已可識別出生殖質生殖質（germ plasm)的存在，的存在，它主要它主要由蛋白質和由蛋白質和rna構成構成。由于富含。由于富含rna可被嗜堿性染料可被嗜堿性染料著色。隨胚胎發(fā)育生殖質被分配到一定的細胞中，它們將分著色。隨胚胎發(fā)育生殖質被分配到一定的細胞中，它們將分化為化為原始生殖細胞原始生

3、殖細胞。當生殖嵴發(fā)生時，原始生殖細胞以各種。當生殖嵴發(fā)生時，原始生殖細胞以各種不同的方式遷入其內，并在此進行生殖細胞的分化不同的方式遷入其內，并在此進行生殖細胞的分化.生殖質生殖質原始生殖細胞原始生殖細胞遷入生殖嵴分化遷入生殖嵴分化美麗線蟲美麗線蟲（caenorhabditis elegans)的的未受精卵中未受精卵中p-顆粒均勻分布于顆粒均勻分布于整個卵質中。受精后當雌雄原整個卵質中。受精后當雌雄原核相遇時，核相遇時，p-顆粒后移集中于顆粒后移集中于受精卵的后部受精卵的后部。隨胚胎的發(fā)育。隨胚胎的發(fā)育p-顆粒繼續(xù)移動，最后它們只顆粒繼續(xù)移動，最后它們只發(fā)現(xiàn)于將來產生配子的發(fā)現(xiàn)于將來產生配子的

4、p-細胞細胞中中.左圖：左排示經特異染色顯示細左圖：左排示經特異染色顯示細胞核的位置；胞核的位置；右排示經特異染右排示經特異染色顯示色顯示p-顆粒顆粒.在果蠅（在果蠅（drosophila）中）中生殖質位于受精卵的后端生殖質位于受精卵的后端，內含特殊內含特殊的極質顆粒的極質顆粒。用。用紫外線照射破壞極質顆粒紫外線照射破壞極質顆粒，此后的發(fā)育中沒，此后的發(fā)育中沒有生殖細胞發(fā)生。移植實驗證明，將含極質顆粒的細胞質移有生殖細胞發(fā)生。移植實驗證明，將含極質顆粒的細胞質移植到另一胚胎前部，前部的細胞可分化為原始生殖細胞。植到另一胚胎前部，前部的細胞可分化為原始生殖細胞。n副蛔蟲副蛔蟲單倍體生殖細胞只有單

5、倍體生殖細胞只有2條染色體條染色體, 第一次卵裂為緯裂形第一次卵裂為緯裂形成動物極和植物極兩個卵裂球成動物極和植物極兩個卵裂球; 在第二次卵裂前動物極卵裂球在第二次卵裂前動物極卵裂球染色體兩端裂解成數十個小片段染色體兩端裂解成數十個小片段, 散布細胞質中散布細胞質中, 不再加入新不再加入新形成的細胞核內形成的細胞核內, 因而失去很多基因因而失去很多基因, 此現(xiàn)象稱此現(xiàn)象稱染色體消減染色體消減(chromosome diminution).植物極卵裂球仍保持正常數目染色體。植物極卵裂球仍保持正常數目染色體。4-細胞期胚胎只有細胞期胚胎只有1個卵裂球含有正常數目染色體。個卵裂球含有正常數目染色體。

6、16-細胞期細胞期只有只有2個卵裂球含全數染色體，最終只有個卵裂球含全數染色體，最終只有1個卵裂球含全數染個卵裂球含全數染色體形成生殖細胞，其它形成體細胞。色體形成生殖細胞，其它形成體細胞。二二. 原始生殖細胞的遷移原始生殖細胞的遷移1. 兩棲類原始生殖細胞的遷移兩棲類原始生殖細胞的遷移無尾兩棲類無尾兩棲類受精卵中受精卵中生殖質集中于植物極質膜下面生殖質集中于植物極質膜下面，一直保持，一直保持到兩次卵裂。在囊胚期生殖質位于囊胚腔底部卵裂球間的分到兩次卵裂。在囊胚期生殖質位于囊胚腔底部卵裂球間的分裂溝附近。到裂溝附近。到原腸胚形成原腸胚形成pgcs，位于原腸腔底部的內胚層位于原腸腔底部的內胚層（

7、腸壁）中，此后遷入背腸系膜，向前遷入到達（腸壁）中，此后遷入背腸系膜，向前遷入到達生殖嵴生殖嵴，pgcs與生殖嵴細胞共同形成生殖腺。與生殖嵴細胞共同形成生殖腺。生殖嵴細胞內的一些生殖嵴細胞內的一些因子是因子是pgcs定向遷移的重要因素定向遷移的重要因素。爪蟾的。爪蟾的pgcs可伸出偽足可伸出偽足進行主動遷移。細胞外基質分布于進行主動遷移。細胞外基質分布于pgcs遷移的路線上。遷移的路線上。2. 哺乳動物原始生殖細胞的遷移哺乳動物原始生殖細胞的遷移n用堿性磷酸酶免疫組化染色用堿性磷酸酶免疫組化染色顯示顯示7天小鼠胚胎在原條后天小鼠胚胎在原條后部部的的胚外中胚層胚外中胚層中有中有8個體個體積較大的

8、積較大的pgcs。此后。此后pgcs數量增多并聚集數量增多并聚集在尿囊與后在尿囊與后腸連接處腸連接處，以后，以后遷移到卵黃遷移到卵黃囊囊附近再分成兩群，沿卵黃附近再分成兩群，沿卵黃囊后面新形成的后腸遷移到囊后面新形成的后腸遷移到背腸系膜，再向前遷移分別背腸系膜，再向前遷移分別進入左、右兩側的進入左、右兩側的生殖嵴生殖嵴（受精后（受精后11天），數量也增天），數量也增加到加到2500-5000個。個。in vitro (體外培養(yǎng)系中體外培養(yǎng)系中)生殖嵴分泌的彌生殖嵴分泌的彌散性分子可吸引散性分子可吸引pgc的遷的遷移移和促進其有絲分裂的能力和促進其有絲分裂的能力。3. 鳥類和爬行類原始生殖細胞的

9、遷移鳥類和爬行類原始生殖細胞的遷移鳥類和爬行類動物的鳥類和爬行類動物的pgcs起源于外起源于外胚層細胞胚層細胞，后經明區(qū)中部遷移到，后經明區(qū)中部遷移到明區(qū)前緣與暗區(qū)交界處（明區(qū)前緣與暗區(qū)交界處（生殖新生殖新月月，germinal crescent), 并在此增殖并在此增殖.鳥類和爬行類的鳥類和爬行類的pgcs借助血液循借助血液循環(huán)進行遷移環(huán)進行遷移，當到達生殖嵴時離，當到達生殖嵴時離開血液循環(huán)進入生殖嵴。可能開血液循環(huán)進入生殖嵴。可能生生殖嵴產生的化學物質吸引殖嵴產生的化學物質吸引pgcs停停留在附近的毛細血管壁上留在附近的毛細血管壁上，同時，同時毛細血管壁的內皮細胞可能具有毛細血管壁的內皮細

10、胞可能具有一些特殊成分使一些特殊成分使pgcs吸附其上。吸附其上。三三. 生殖細胞定向分化的決定生殖細胞定向分化的決定遷入生殖腺的遷入生殖腺的pgcs具有兩種潛能，由具有兩種潛能，由生殖腺生殖腺微環(huán)境決定分化為精子或卵子微環(huán)境決定分化為精子或卵子(humphreg移植實驗移植實驗:將雄性蠑螈睪丸移入雌體將雄性蠑螈睪丸移入雌體,再把卵巢組織再把卵巢組織移入睪丸，發(fā)現(xiàn)生殖細胞開始向精子分化移入睪丸，發(fā)現(xiàn)生殖細胞開始向精子分化).雌雄同體的秀麗線蟲雌雄同體的秀麗線蟲涉及涉及兩種決定兩種決定:進行進行有有絲分裂或減數分裂？絲分裂或減數分裂？形成精子或卵子形成精子或卵子?1）秀麗線蟲生殖腺末端有一個不分

11、裂的細胞）秀麗線蟲生殖腺末端有一個不分裂的細胞稱為稱為遠端細胞遠端細胞(distal tip cell)，靠近它的生殖靠近它的生殖細胞進行有絲分裂形成生殖干細胞庫；細胞進行有絲分裂形成生殖干細胞庫；遠遠離遠端細胞的生殖細胞進行減數分裂離遠端細胞的生殖細胞進行減數分裂。切。切除遠端細胞則所有細胞進行減數分裂。除遠端細胞則所有細胞進行減數分裂。2）在秀麗線蟲的卵精巢）在秀麗線蟲的卵精巢(ovotestis)中中，進行減進行減數分裂的，數分裂的，先形成的最遠端的細胞形成卵先形成的最遠端的細胞形成卵子，而近端的細胞形成精子子，而近端的細胞形成精子。一一. 精子發(fā)生精子發(fā)生(spermatogenesi

12、s)pgcs到達雄性胚胎的生殖腺原基就進入性索到達雄性胚胎的生殖腺原基就進入性索, 在此停留直到成熟在此停留直到成熟.在成熟過程中，在成熟過程中，性索發(fā)育為生精小管，其上皮細胞分化為支持性索發(fā)育為生精小管，其上皮細胞分化為支持細胞細胞(sertoli cells).精子發(fā)生過程在支持細胞的凹陷中進行精子發(fā)生過程在支持細胞的凹陷中進行.精原細胞精原細胞初級精母細胞初級精母細胞次級精母細胞次級精母細胞精子細胞精子細胞精子精子(sperm)第二節(jié)第二節(jié) 精子發(fā)生精子發(fā)生npgcs首先分裂形成精原細胞首先分裂形成精原細胞(spermatogonium) a1(靠近基膜靠近基膜, 體積小體積小, 核卵圓

13、形核卵圓形,染色質與核膜相連染色質與核膜相連)。a1分分裂形成裂形成1個個a1 和和 1 個淺色的精原個淺色的精原細胞細胞a2, a2分裂形成精原細胞分裂形成精原細胞a3, a3分裂形成分裂形成a4, a4分裂形成分裂形成過過渡型精原細胞渡型精原細胞, 它們進一步分裂它們進一步分裂成成精原細胞精原細胞b, 后者分裂形成后者分裂形成初初級精母細胞級精母細胞(primary spermeto-cyte), 經經第一次成熟分裂形成第一次成熟分裂形成次級精母細次級精母細胞胞(secondary spermatocyte)。再經一次再經一次成熟分裂形成單倍體的精子細胞成熟分裂形成單倍體的精子細胞(spe

14、rmatid).n從精原細胞到精子細胞的分裂過從精原細胞到精子細胞的分裂過程中細胞質的分裂不完全程中細胞質的分裂不完全，細胞，細胞間有直徑間有直徑1m的細胞質間橋連接的細胞質間橋連接成成合胞體合胞體(syncytium)。細胞間離子細胞間離子和分子通過細胞質間橋相溝通，和分子通過細胞質間橋相溝通，保證每群細胞同步成熟保證每群細胞同步成熟.n在上述過程中隨著不斷分裂，細胞逐漸遠離生精小管基膜，而在上述過程中隨著不斷分裂，細胞逐漸遠離生精小管基膜，而靠近管腔，在不同層次看到不同分化時期的生精細胞?？拷芮唬诓煌瑢哟慰吹讲煌只瘯r期的生精細胞。二二. 精子形成精子形成(spermiogenesis

15、)精子細胞必須經過分化才能變?yōu)槌墒炀?。精子細胞必須經過分化才能變?yōu)槌墒炀印５谝徊绞堑谝徊绞琼旙w頂體(acrosome)形成形成，由高爾基復合體形成囊狀結構覆蓋于精子核的頂部。同，由高爾基復合體形成囊狀結構覆蓋于精子核的頂部。同時精子核旋轉使頂體朝向基膜時精子核旋轉使頂體朝向基膜, 以便頂體細胞核對側的以便頂體細胞核對側的中心粒中心粒形成的鞭毛形成的鞭毛朝向生精小管的管腔。最后細胞核染色質濃縮，大朝向生精小管的管腔。最后細胞核染色質濃縮，大部分細胞質成分被拋棄，部分細胞質成分被拋棄，線粒體環(huán)繞鞭毛基部線粒體環(huán)繞鞭毛基部形成環(huán)狀。形成環(huán)狀。小鼠從生殖干細胞到成熟精子約需小鼠從生殖干細胞到成熟精

16、子約需34.5天天, 精原細胞階段精原細胞階段8天，減天，減數分裂持續(xù)數分裂持續(xù)13天，精子形成天，精子形成13.5天。人類精子發(fā)育需要天。人類精子發(fā)育需要74天才天才能完成。能完成。第三節(jié)第三節(jié) 卵子發(fā)生卵子發(fā)生（oogenesis）卵原細胞卵原細胞 初級卵母細胞初級卵母細胞 次級卵母細胞次級卵母細胞 母細胞母細胞精母細胞經兩次減數分裂產生精母細胞經兩次減數分裂產生4個精子細胞，而卵母細胞個精子細胞，而卵母細胞(oocyte)經兩次減數分裂產生經兩次減數分裂產生1個卵子個卵子和和2-3個極體個極體(polar bodies)。精子形成后只是形成一個精子形成后只是形成一個“能運動的細胞核能運動

17、的細胞核”，而，而卵子還要建卵子還要建立一個由酶、立一個由酶、mrna、細胞器和營養(yǎng)物質組成的細胞質庫、細胞器和營養(yǎng)物質組成的細胞質庫，以備受精后胚胎發(fā)育所需，因此經歷較長的生長期以備受精后胚胎發(fā)育所需，因此經歷較長的生長期(兩棲類兩棲類3年年).一一. 兩棲類的卵子發(fā)生兩棲類的卵子發(fā)生1. 卵黃發(fā)生卵黃發(fā)生: 兩棲類的卵子由卵兩棲類的卵子由卵原細胞分化而來原細胞分化而來, 每年產生一每年產生一批新卵子。批新卵子。在卵子發(fā)生期間卵在卵子發(fā)生期間卵黃迅速積累黃迅速積累，卵子體積增大。，卵子體積增大。卵黃成分卵黃成分:卵黃蛋白原卵黃蛋白原(vitellogenin), 在肝臟合成，經血循環(huán)進入卵在

18、肝臟合成，經血循環(huán)進入卵巢，巢，經卵巢濾泡細胞間轉運和經卵巢濾泡細胞間轉運和胞飲作用進入卵母細胞。胞飲作用進入卵母細胞。在成在成熟卵中被裂解成卵黃高磷蛋白熟卵中被裂解成卵黃高磷蛋白和卵黃磷脂蛋白，包膜結合成和卵黃磷脂蛋白，包膜結合成卵黃小板卵黃小板。起初在卵內分布均。起初在卵內分布均勻勻,后主要集中在植物極后主要集中在植物極（75%).卵黃發(fā)生結束后受神經及激素等卵黃發(fā)生結束后受神經及激素等作用，生發(fā)泡作用，生發(fā)泡（germinal vesicle） (核膜核膜)破裂卵子成熟，排卵。破裂卵子成熟，排卵。卵黃小板卵黃小板生發(fā)泡生發(fā)泡2. 卵母細胞的基因轉錄卵母細胞的基因轉錄n兩棲類卵母細胞在減數

19、分裂前出現(xiàn)燈刷染兩棲類卵母細胞在減數分裂前出現(xiàn)燈刷染色體色體(lampbrush chromasomes),伸出活躍合成伸出活躍合成rna的基因環(huán)。的基因環(huán)。n用放射性組蛋白用放射性組蛋白mrna證明有活躍的轉錄證明有活躍的轉錄活動。活動。到減數分裂的雙線期所有早期發(fā)育到減數分裂的雙線期所有早期發(fā)育所需的所需的rrna、trna和母體和母體mrna都已完都已完成轉錄并儲存成轉錄并儲存。二二. 昆蟲的卵子發(fā)生昆蟲的卵子發(fā)生有些昆蟲有些昆蟲(果蠅果蠅)以營養(yǎng)型方式進以營養(yǎng)型方式進行卵子發(fā)生行卵子發(fā)生卵巢生殖系卵巢生殖系干細胞經一次分裂干細胞經一次分裂產生一個產生一個生殖干細胞生殖干細胞和和一個一個

20、包囊干細胞包囊干細胞(cystoblast), 一個包一個包囊干細胞經囊干細胞經4次不完全的有絲次不完全的有絲分裂產生分裂產生16個個包囊細胞包囊細胞(cysto-cytes)的包囊的包囊(cyst), 細胞間以細細胞間以細胞質間橋相互相連為合胞體胞質間橋相互相連為合胞體.其中其中只有胞囊后端的一個細胞只有胞囊后端的一個細胞形成形成卵母細胞卵母細胞，其余，其余15個變個變?yōu)闉闋I養(yǎng)細胞營養(yǎng)細胞(nurse cells)。營養(yǎng)營養(yǎng)細胞核的細胞核的dna經多次復制，經多次復制，形成多倍體的核。盡管卵子形成多倍體的核。盡管卵子發(fā)生中不經歷轉錄活躍階段發(fā)生中不經歷轉錄活躍階段,但在營養(yǎng)細胞中有大量但在營

21、養(yǎng)細胞中有大量rna合成，并轉運到卵母細胞中合成，并轉運到卵母細胞中.昆蟲的卵子發(fā)生（續(xù)）昆蟲的卵子發(fā)生（續(xù)）na:用用3h-胞嘧啶胞嘧啶做的放射自顯影研做的放射自顯影研究證明，究證明，標記后家蠅卵室內營養(yǎng)標記后家蠅卵室內營養(yǎng)細胞的核細胞的核被深深地標記被深深地標記;b:5小時小時后標記物開始進入卵的細胞質后標記物開始進入卵的細胞質. c:用果蠅最早進入卵母細胞的用果蠅最早進入卵母細胞的bicoid mrna 探針做的實驗結果探針做的實驗結果與上相同與上相同.n昆蟲中昆蟲中三種主要的卵黃蛋白是在三種主要的卵黃蛋白是在脂肪體和卵巢中合成脂肪體和卵巢中合成的，卵母細的，卵母細胞本身并不合成。胞本身

22、并不合成。卵黃合成受幾卵黃合成受幾種因子相互作用控制種因子相互作用控制，如，如性別、性別、保幼激素水平、蛻皮素和營養(yǎng)狀保幼激素水平、蛻皮素和營養(yǎng)狀況等。況等。這些生理因子被兩個卵黃這些生理因子被兩個卵黃蛋白基因（蛋白基因（yp1，yp2）間的增強）間的增強子區(qū)整合，它們只在雌性中有活子區(qū)整合，它們只在雌性中有活性，而且它受雌性特異的雙性蛋性，而且它受雌性特異的雙性蛋白結合的調節(jié)。對環(huán)境反應分泌白結合的調節(jié)。對環(huán)境反應分泌的腦激素刺激開始蛋白合成的腦激素刺激開始蛋白合成.三三. 哺乳動物的卵子發(fā)生哺乳動物的卵子發(fā)生1. 哺乳動物卵的成熟哺乳動物卵的成熟n哺乳動物哺乳動物卵原細胞的增殖只發(fā)卵原細胞的增殖只發(fā)生在發(fā)育早期生在發(fā)育早期。人人2-7月齡胚胎中卵原細胞由月齡胚胎中卵原細胞由1000個迅速增加到個迅速增加到700萬個萬個，此后急，此后急劇下降。大部分死亡，劇下降。大部分