第一章、生殖細胞的發(fā)生

線蟲、昆蟲、脊椎動物和其他許多動物的生殖細胞（germcell）和體細胞（somaticcell）在很早期的發(fā)育階段就有明顯的分化。

也有不少動物如腔腸動物、扁蟲等，其體細胞與生殖細胞的分化并不確定，在一定的條件下能夠轉化為生殖細胞。

當前第1頁\共有87頁\編于星期五\21點1.

生殖質與生殖細胞的分化

2.原始生殖細胞的遷移

3.精子發(fā)生（spermatogenesis）

4.卵子發(fā)生(oogenesis)

當前第2頁\共有87頁\編于星期五\21點第一節(jié)生殖細胞的起源與分化

原生殖細胞（PGC）在胚胎發(fā)育初期生殖細胞就已經決定的動物，其生殖細胞來源于原生殖細胞（primordialgermcell，PGC）。原生殖細胞經過遷移，進入發(fā)育中的生殖腺原基—生殖嵴（genitalridge）分化成為生殖細胞。而原生殖細胞的起源可以追溯到更早期的胚胎發(fā)育階段。當前第3頁\共有87頁\編于星期五\21點生殖質有些動物的卵細胞質中存在著具有一定形態(tài)結構、可識別的特殊細胞質——生殖質（germplasm）。生殖質由蛋白質和RNA組成顆粒狀結構，定位于卵質的特殊區(qū)域，隨著胚胎發(fā)育的進行，生殖質逐漸地被分配到一定的細胞中。具有生殖質的細胞是新一代生殖細胞的發(fā)源處；將分化成為原生殖細胞。

各類動物生殖質的形態(tài)結構和特性、原生殖細胞的形成及其遷移有較大的差異。當前第4頁\共有87頁\編于星期五\21點一、生殖質與生殖細胞分化線蟲的P顆粒

線蟲第4次卵裂結束時，便產生了生殖細胞譜系，所有的生殖細胞都來自P4分裂球。線蟲未受精卵中均勻分布的生殖質—P顆粒(posteriorgranules)

，在受精后迅速地集中到預定胚胎的后部。生殖細胞形成和P顆粒分布的關系說明，P顆粒可能對于生殖細胞的分化具有重要的作用。當前第5頁\共有87頁\編于星期五\21點P顆粒原生殖細胞當前第6頁\共有87頁\編于星期五\21點26細胞期時全部P顆粒都在P4細胞中當前第7頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第8頁\共有87頁\編于星期五\21點果蠅的極質

卵細胞內特殊的生殖質決定生殖細胞的發(fā)育命運，最清楚的例子來自對果蠅的研究。果蠅的原始生殖細胞最早發(fā)現(xiàn)于受精后90min，這些原生殖細胞位于胚胎的后端。胚胎后端的細胞質內含有特殊的極質（poleplasm）顆粒，其內含有蛋白質和多種RNA。當前第9頁\共有87頁\編于星期五\21點果蠅的極質A.果蠅極細胞極質的透射電鏡照片。B.卵裂結束前的早期果蠅胚胎極細胞的掃描電鏡照片。當前第10頁\共有87頁\編于星期五\21點兩個主要的實驗證實了極質（poleplasm）可以促進生殖細胞發(fā)育命運的特化。第一，如果用紫外線照射卵的后端，破壞極質的活性，便沒有生殖細胞形成。第二，移植果蠅的極質能夠引起生殖細胞分化。

如果將卵的后極移植到另一個胚胎的前端，極質所包圍的細胞核便分化形成生殖細胞。如果將卵前端這些細胞移植到將來發(fā)育為生殖腺的區(qū)域，它們就可以發(fā)育為有功能的生殖細胞。當前第11頁\共有87頁\編于星期五\21點移植果蠅的極質能夠引起生殖細胞分化：當前第12頁\共有87頁\編于星期五\21點移植果蠅極細胞質能夠治愈射線照射引起的生殖細胞不發(fā)育。當前第13頁\共有87頁\編于星期五\21點生殖質在爪蟾受精卵中的存在：位置：植物極；構成：富含RNA和蛋白質的一團特殊細胞質；功能：決定原始生殖細胞(PGC)的形成和發(fā)育。當前第14頁\共有87頁\編于星期五\21點兩棲類原生殖細胞的發(fā)生部位定位在卵細胞的植物極，在這一部位發(fā)現(xiàn)有類似于果蠅P顆粒染色性質的胞質成分存在。（Bounoure，1934）當前第15頁\共有87頁\編于星期五\21點蛙受精的合子中生殖質成分（種質）靠近植物極。當前第16頁\共有87頁\編于星期五\21點桑椹胚內胚層區(qū)里含有種質成分的細胞的有絲分裂。當前第17頁\共有87頁\編于星期五\21點在原腸胚形成啟動時，靠近囊胚腔底面的原始生殖細胞。當前第18頁\共有87頁\編于星期五\21點小鼠：

沒有證據表明小鼠與其他哺乳動物生殖細胞發(fā)生與生殖質的關系。小鼠生殖細胞發(fā)生涉及細胞之間的相互作用。小鼠胚胎中最早能夠識別的PGC位于原條后端。當前第19頁\共有87頁\編于星期五\21點不同動物在生殖腺原基發(fā)生時，原生殖細胞以不同的方式遷移進入生殖腺原基，在那里進行生殖細胞的分化。二、原生殖細胞的遷移當前第20頁\共有87頁\編于星期五\21點PGC形成后，遷移到生殖嵴，在性腺中分化為卵子或精子。PGC的遷移路線隨動物類群不同而有所不同：雞：PGC血島性腺；果蠅、爪蟾和小鼠：

PGC先集中于原腸胚期后腸的內胚層，遷入生殖嵴，從而產生卵子或精子。當前第21頁\共有87頁\編于星期五\21點1.兩棲類原生殖細胞（PGC）的遷移生殖質聚集沿分裂溝遷移囊胚腔底部原腸腔底部內胚層中背側腸系膜生殖嵴生殖腺。當前第22頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第23頁\共有87頁\編于星期五\21點兩棲動物的生殖質定位在卵的植物極，用紫外線照射胚胎植物極之后，生殖腺中將缺少生殖細胞。原始生殖細胞遷移路線：植物極---囊胚腔底部細胞的分裂溝附近---原腸腔底部內胚層-－幼蟲后腸聚集－沿腸背部遷移至生殖嵴中。每個生殖嵴有～30PGC。生殖嵴細胞內的一些因子是PGCs定向遷移的重要因素。當前第24頁\共有87頁\編于星期五\21點2.哺乳動物原生殖細胞的遷移在尿囊與后腸交接處，PGC聚集卵黃囊附近再分成2群沿卵黃囊尾部通過新形成的后腸沿背側腸系膜向上遷移左、右生殖嵴當前第25頁\共有87頁\編于星期五\21點A.在卵黃囊靠近后腸和尿囊連接處可觀察到原始的生殖細胞。B.原始生殖細胞經過腸、腸系膜的背面遷移到生殖嵴。當前第26頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第27頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第28頁\共有87頁\編于星期五\21點3.鳥類和爬行類原生殖細胞的遷移鳥類的PGC最早起源于明區(qū)中央的上胚層細胞。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)，這些細胞繁殖成為PGC。

生殖新月區(qū)形成血管時，PGC進入血管，通過血液循環(huán)遷移進入生殖嵴。當前第29頁\共有87頁\編于星期五\21點PGC來自外胚層細胞生殖新月生殖腺當前第30頁\共有87頁\編于星期五\21點雞原條期胚胎的背面觀，示原始生殖細胞發(fā)生的生殖新月區(qū)、暗區(qū)、明區(qū)和亨氏節(jié)。當前第31頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第32頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第33頁\共有87頁\編于星期五\21點4.果蠅原始生殖細胞的的遷移果蠅原始生殖細胞起源于胚胎后端，經后中腸穿過腸壁和中胚層，形成兩個分離的隊列，最終聚集在生殖腺中。當前第34頁\共有87頁\編于星期五\21點原生殖細胞進入生殖腺原基后不斷進行有絲分裂，產生生殖干細胞后代。生殖干細胞必須經過減數(shù)分裂才能分化形成雌性配子或雄性配子，染色體數(shù)目由雙倍體變成單倍體。三、減數(shù)分裂（meiosis）當前第35頁\共有87頁\編于星期五\21點

進入

有絲分裂

PGC

生殖腺原基生殖干細胞

減數(shù)分裂

♀♂配子通過聯(lián)會配對、同源染色體間遺傳信息的交換和重組，可產生大量不同的含有不同染色體組合的生殖細胞。當前第36頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第37頁\共有87頁\編于星期五\21點減數(shù)分裂第一次減數(shù)分裂（2nn）第二次減數(shù)分裂（nn）前期中期后期末期前期中期后期末期細線期偶線期粗線期染色體雙線期交叉終變期減數(shù)分裂期當前第38頁\共有87頁\編于星期五\21點遷移進入生殖腺原基的原生殖細胞具備兩種發(fā)育潛能，由生殖腺內的微環(huán)境決定分化成為精子或卵子。這里涉及兩種決定：第一種決定是生殖干細胞是進入減數(shù)分裂進行配子發(fā)生還是進行有絲分裂成為生殖干細胞。第二種決定是進行減數(shù)分裂的細胞是發(fā)育為卵子還是精子。四、生殖細胞定向分化的決定當前第39頁\共有87頁\編于星期五\21點PGC具備兩種發(fā)育潛能：（1）生殖干細胞是減數(shù)分裂：配子發(fā)生

有絲分裂：生殖干細胞（2）進行減數(shù)分裂的細胞是發(fā)育成卵子或精子。當前第40頁\共有87頁\編于星期五\21點位于線蟲生殖腺末端的遠端細胞對生殖干細胞進行有絲分裂還是減數(shù)分裂具有調控作用。當前第41頁\共有87頁\編于星期五\21點離開生殖腺末端的細胞進入減數(shù)分裂，而留在末端的細胞繼續(xù)有絲分裂。末端的單個遠端細胞（distaltipcell）的纖毛含lag-2蛋白，它與GC上的受體glp-1結合后抑制GC發(fā)生減數(shù)分裂。用激光使遠端細胞失活可導致所有GC進入減數(shù)分裂；將該細胞移植到其它處，則可使附近細胞繼續(xù)有絲分裂。glp-1基因在生殖細胞對遠端細胞的信號作出反應的過程中起作用。當前第42頁\共有87頁\編于星期五\21點一、精子的結構第二節(jié)精子發(fā)生當前第43頁\共有87頁\編于星期五\21點人類精子結構示意圖當前第44頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第45頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第46頁\共有87頁\編于星期五\21點精子鞭毛的結構當前第47頁\共有87頁\編于星期五\21點二、精子發(fā)生（spermatogenesis

）精子發(fā)生：由PGC發(fā)育到精原細胞，再發(fā)育到精子成熟并排出體外的過程。

脊椎動物的PGCs到達雄性胚胎的生殖腺原基后，立即進入性索，然后停留在那里直到成熟。性索發(fā)育成為生精小管，其管上皮細胞分化形成支持細胞（sertolicell）。PGCs分裂形成精原細胞。

當前第48頁\共有87頁\編于星期五\21點精子發(fā)生階段：原生殖細胞精原細胞增殖期初級精母細胞生長期成熟分裂期精子形成期當前第49頁\共有87頁\編于星期五\21點哺乳動物支持細胞和精子的發(fā)育，細胞在成熟過程中不斷向生精小管腔推進。當前第50頁\共有87頁\編于星期五\21點基膜生殖干細胞當前第51頁\共有87頁\編于星期五\21點人約需74天當前第52頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第53頁\共有87頁\編于星期五\21點三、精子形成頂體形成：由高爾基復合體構建成的囊狀結構，似一個“帽子”覆蓋于精子核頂部，頂體內具有：透明質酸酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、芳基硫酸酶、

β-葡萄糖醛酸酶、β-葡萄糖胺酶、磷脂酶等(2)精子核發(fā)生旋轉，使頂體面向生精小管的基膜(3)細胞核染色質凝集，大部分細胞質成分被拋棄，線粒體環(huán)繞鞭毛基部形成環(huán)狀，形成的精子進入管腔。

當前第54頁\共有87頁\編于星期五\21點精子形成(spermiogenesis)高爾基體形成頂體泡，中心粒產生精子鞭毛，線粒體整合入鞭毛，核濃縮，胞質廢棄，最后產生成熟的精子。當前第55頁\共有87頁\編于星期五\21點精子細胞經分化過程才能成為成熟的精子，具備運動、受精能力。當前第56頁\共有87頁\編于星期五\21點各類動物精子形態(tài)特征當前第57頁\共有87頁\編于星期五\21點第三節(jié)卵子發(fā)生(oogenesis)一、卵子的結構特征體積大：＞10000倍（精子體積）；成熟卵子中具有蛋白質、RNA、保護性化學物質和形態(tài)形成因子；細胞核：卵核n；質膜：受精時可調控特定的離子在卵子內外的流動；卵黃膜（透明帶）：識別同一物種的精子；輻射冠：哺乳動物卵子外緊靠著透明帶的一層濾泡細胞，對卵子具有營養(yǎng)作用。當前第58頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第59頁\共有87頁\編于星期五\21點卵子的構造

卵質－卵細胞質：含大量卵黃

卵核－卵細胞核（n）（1）初級卵膜：輻射帶（2）次級卵膜：絨毛膜、透明帶卵膜－卵細胞膜（3）三級卵膜：保護性、營養(yǎng)性膜結構當前第60頁\共有87頁\編于星期五\21點二、卵細胞的極性及卵子的類型蛙胚卵裂當前第61頁\共有87頁\編于星期五\21點

卵子的類型

均黃卵：卵黃含量少且均勻分布在卵質中，海綿、腔腸、蠕形、軟體、棘皮、頭索、哺乳類的卵子。

端黃卵：卵黃含量很多且呈極性分布，有動物極、植物極之分。如軟骨魚類、硬骨魚類、爬行類、鳥類及卵生哺乳類。

中黃卵：卵黃含量多且分布在卵子中央，細胞質分布在卵子表層，如昆蟲卵。

間黃卵：卵黃含量介于均黃卵與端黃卵之間，卵黃比較集中的在植物極，原生質則集中在動物極，環(huán)節(jié)動物、兩棲類等。當前第62頁\共有87頁\編于星期五\21點三、卵母細胞的減數(shù)分裂卵子發(fā)生除了形成單倍體的細胞核之外，還要建立一個由酶、mRNA、細胞器和代謝產物等組成的細胞質庫，具備十分復雜的胞質體系。其次卵母細胞有很長的減數(shù)分裂前期，使卵母細胞充分生長。當前第63頁\共有87頁\編于星期五\21點原生殖細胞進入胚胎卵巢后分化成為卵原細胞（oogonia）。卵原細胞分裂增殖，進入第一次減數(shù)分裂前期，形成初級卵母細胞（primaryoocyte）。初級卵母細胞停止在第一次減數(shù)分裂的前期，這種阻斷的情況一直維持到青春期。隨著青春期的開始，初級卵母細胞在卵巢內激素的作用進一步發(fā)育成熟，階段性地恢復減數(shù)分裂，接著第二次減數(shù)分裂發(fā)生，進行排卵。成熟的卵處于第二次減數(shù)分裂的中期。當前第64頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第65頁\共有87頁\編于星期五\21點人類卵巢中生殖細胞數(shù)目的變化當前第66頁\共有87頁\編于星期五\21點昆蟲的卵子發(fā)生

滋養(yǎng)型方式：果蠅卵子發(fā)生的初期在卵巢中進行，起源于卵巢一端的生殖系干細胞經過4次分裂形成由細胞質橋相互連接的16細胞合胞體。其中只有位于胞囊后端的一個細胞形成卵母細胞，其余15個細胞則形成滋養(yǎng)細胞。當前第67頁\共有87頁\編于星期五\21點當前第68頁\共有87頁\編于星期五\21點滋養(yǎng)細胞的核DNA經過多次復制，形成多倍體的核。由于滋養(yǎng)細胞多倍體核具有高轉錄活性，可合成和提供卵子發(fā)育所需的RNA和蛋白質。滋養(yǎng)細胞合成mRNA,rRNA，甚至是完整的核糖體，并通過細胞間橋的胼合體，單向轉運到卵母細胞（1#）里當前第69頁\共有87頁\編于星期五\21點滋養(yǎng)細胞合成的基因產物中，有發(fā)育控制分子如bicoidmRNA

，它儲存在卵的前極。還有namos

和oskarmRNAs，它們轉移并積累在后極。這些RNA會決定頭和腹的發(fā)生位置，使卵子產生前后軸的極性。當前第70頁\共有87頁\編于星期五\21點

兩棲類卵母細胞的成熟魚類和兩棲類的卵子由生殖干細胞—卵原細胞分化而來。當卵母細胞到達減數(shù)分裂前期的雙線期時，卵黃發(fā)生開始。卵黃的主要成分為卵黃蛋白原（vitellogenin），主要在肝臟中合成，通過血液循環(huán)進入卵巢，再卵巢濾泡細胞間轉運和借助胞飲作用進入卵母細胞。當前第71頁\共有87頁\編于星期五\21點非洲爪蟾的卵黃蛋白原裂解形成卵黃高磷蛋白和卵黃磷脂蛋白，二者形成卵黃小板（yolkplatelet）當前第72頁\共有87頁\編于星期五\21點非洲爪蟾卵母細胞卵黃小板由動物極向植物極的轉運以及動植物極性的建立當前第73頁\共有87頁\編于星期五\21點PGC當前第74頁\共有87頁\編于星期五\21點魚（Coregonus）卵母細胞極體的形成，示卵母細胞的兩次成熟分裂并非是均等分裂。當前第75頁\共有87頁\編于星期五\21點減數(shù)分裂的阻斷和繼續(xù)孕酮能促進卵母細胞繼續(xù)減數(shù)分裂。其作用機理：孕酮使卵內一種編碼pp39mos

的mRNA開始翻譯，而pp39mos能抑制一種專一性降解細胞周期蛋白(cyclin)的蛋白酶。如果cyclin不降解，蛋白質激酶促成熟因子（maturationpromotingfactor,MPF）就會保持其活性，使阻斷的減數(shù)分裂繼續(xù)。當前第76頁\共有87頁\編于星期五\21點卵子的發(fā)生特點

成熟卵子的數(shù)目少；卵子發(fā)生不經過變態(tài)期；生長期明顯：小生長期－細胞的生長；大生長期－卵黃的積累；二次成熟分裂可在卵巢中或卵巢外進行；

2次成熟分裂后，形成1個卵細胞和3個極體。當前第77頁\共有87頁\編于星期五\21點四、精子發(fā)生與卵子發(fā)生的比較共同點：①經過減數(shù)分裂，染色體數(shù)目減半，同源染色體間發(fā)生交換、重組；②發(fā)生了廣泛的形態(tài)學分化：精子：鞭毛生長、核凝縮、細胞質外排和頂體泡形成；卵子