第一章配子发生及调控课件.ppt

1、第二章第二章 配子发生及调控配子发生及调控第一节第一节 原生殖细胞原生殖细胞l动物的生殖细胞从那里来的，大体上有两类意动物的生殖细胞从那里来的，大体上有两类意见：见：l第一，在胚胎发育后期在外界的诱发因素作用第一，在胚胎发育后期在外界的诱发因素作用下，由局部的细胞分化而成的，这种情况见于下，由局部的细胞分化而成的，这种情况见于海绵、腔肠、扁虫和苔藓等动物；海绵、腔肠、扁虫和苔藓等动物；l第二，生殖细胞从卵裂时就已分出，出现在胚第二，生殖细胞从卵裂时就已分出，出现在胚胎发育早期的特定部位，细胞内含有一种特殊胎发育早期的特定部位，细胞内含有一种特殊的细胞质。即在胚胎发生一开始就与体细胞分的细胞质。

2、即在胚胎发生一开始就与体细胞分开。开。原生殖细胞概念原生殖细胞概念l在胚胎发育早期出现的细胞内含有生殖质在胚胎发育早期出现的细胞内含有生殖质(germ plasm)的分裂球称为原生殖细胞的分裂球称为原生殖细胞(primordial germ cell，PGCs).l可称为生殖干细胞（可称为生殖干细胞（PSC）。）。原生殖细胞特点原生殖细胞特点l原生殖细胞需要在生殖腺中发育成成熟的配子，原生殖细胞需要在生殖腺中发育成成熟的配子，但两者的形成地往往不同，所以存在着原生殖细但两者的形成地往往不同，所以存在着原生殖细胞向生殖嵴迁移过程。胞向生殖嵴迁移过程。l 原生殖细胞诱发生殖腺的发育和参与性别决定。

3、原生殖细胞诱发生殖腺的发育和参与性别决定。l不同物种原生殖细胞决定和迁移过程不同。不同物种原生殖细胞决定和迁移过程不同。l原生殖细胞含有生殖质。原生殖细胞含有生殖质。生殖质生殖质l又称极质或极颗粒，由蛋白质和又称极质或极颗粒，由蛋白质和RNA组成。可用蛋白组成。可用蛋白抗体染色法显示，发现抗体染色法显示，发现10种以上的基因或产物，但目种以上的基因或产物，但目前只搞清前只搞清3种成分。种成分。l含有含有germ cell less(gel)基因的基因的mRNA 是卵巢中滋养细胞的基因转录产物，经过滋养细胞和是卵巢中滋养细胞的基因转录产物，经过滋养细胞和卵细胞的通道转运到卵细胞质中。卵细胞的通道

4、转运到卵细胞质中。Gel mRNA进入卵进入卵细胞后迁移定位在未来发生原生殖细胞的地方，开始细胞后迁移定位在未来发生原生殖细胞的地方，开始翻译产生蛋白质。敲掉翻译产生蛋白质。敲掉Gel，雌性个体可以产生子代，雌性个体可以产生子代，但子代不能产生原生殖细胞，即不育。但子代不能产生原生殖细胞，即不育。lNanos mRNA 影响果蝇腹部分化的基因，缺失造成原生殖细影响果蝇腹部分化的基因，缺失造成原生殖细胞向生殖嵴迁移的失败。胞向生殖嵴迁移的失败。l线粒体大核糖体线粒体大核糖体RNA 对极细胞（原生殖细胞）形成有作用。对极细胞（原生殖细胞）形成有作用。1、线虫原生殖细胞、线虫原生殖细胞l在线虫胚胎发

5、生过程中发生染色体（质）消减在线虫胚胎发生过程中发生染色体（质）消减(chromatin or chromosome diminution)，即在卵裂过程中有部分染色质（体）消失于细即在卵裂过程中有部分染色质（体）消失于细胞质中，因此不能保持原来数目的染色体组。胞质中，因此不能保持原来数目的染色体组。凡是发生消减的分裂球发育为体细胞；不发生凡是发生消减的分裂球发育为体细胞；不发生这种消减现象的分裂球（这种消减现象的分裂球（P P细胞系列）则形成细胞系列）则形成原生殖细胞。位于受精卵植物极的细胞质中含原生殖细胞。位于受精卵植物极的细胞质中含有生殖质。有生殖质。2、果蝇原生殖细胞、果蝇原生殖细胞l

6、中黄卵，表面卵裂，细胞核边分裂边迁移到卵中黄卵，表面卵裂，细胞核边分裂边迁移到卵子周围，形成合胞体。经过子周围，形成合胞体。经过9次分裂后，有次分裂后，有5个细胞核迁移到未来胚胎的末端，形成极细胞，个细胞核迁移到未来胚胎的末端，形成极细胞，即原生殖细胞。即原生殖细胞。l原生殖细胞从后端经中肠向生殖腺迁移。原生殖细胞从后端经中肠向生殖腺迁移。3、两栖类原生殖细胞、两栖类原生殖细胞l生殖质位于受精卵的植物极。生殖质位于受精卵的植物极。l原生殖细胞首先在幼体胚胎的后肠中聚集，当原生殖细胞首先在幼体胚胎的后肠中聚集，当腹腔形成时，他们继续沿肠背侧经结缔组织向腹腔形成时，他们继续沿肠背侧经结缔组织向腹壁

7、迁移，期间分裂腹壁迁移，期间分裂3次，有次，有30个细胞。个细胞。4、爬行类和鸟类的原生殖细胞、爬行类和鸟类的原生殖细胞l原生殖细胞通过血液输送到生殖嵴。原生殖细胞通过血液输送到生殖嵴。l问题：原生殖细胞对生殖嵴的识别？问题：原生殖细胞对生殖嵴的识别？l可能：生殖嵴释放某种成分或两者之间存在特可能：生殖嵴释放某种成分或两者之间存在特异的表面识别机制。异的表面识别机制。5、原生殖细胞与生殖腺的形成、原生殖细胞与生殖腺的形成l生殖腺生成以生殖原基（中胚层）为基点。生殖腺生成以生殖原基（中胚层）为基点。l原生殖细胞的迁入和诱导对于性腺发育很重要。原生殖细胞的迁入和诱导对于性腺发育很重要。l性腺发育成

8、熟后，对于配子的持续发生和功能性腺发育成熟后，对于配子的持续发生和功能维持非常重要（间质细胞）。维持非常重要（间质细胞）。l生殖上皮是什么？生殖上皮是什么？第二节第二节 生殖细胞的一般发生过程生殖细胞的一般发生过程l通过减数分裂，染色体数目为单倍，使得合子通过减数分裂，染色体数目为单倍，使得合子为双倍的染色体基因组；为双倍的染色体基因组；l配子的分化与成熟，保证受精的特异性和唯一配子的分化与成熟，保证受精的特异性和唯一性；性；l建立和储备子代发育的信息和营养成分；建立和储备子代发育的信息和营养成分；l与亲本性成熟和生理活动的协调。与亲本性成熟和生理活动的协调。第二节第二节 生殖细胞的一般发生过

9、程生殖细胞的一般发生过程l增殖期增殖期l生长期生长期l成熟期成熟期l变态期（精子）变态期（精子）第三节第三节 精子的发生精子的发生1 1、精子的结构、精子的结构2 2、环境因素对精子的影响、环境因素对精子的影响3 3、精子发生、精子发生4 4、参与精子发生的蛋白、参与精子发生的蛋白5 5、贝类精子的超微结构特点、贝类精子的超微结构特点6、刺参精子发生、刺参精子发生 1、精子的结构、精子的结构l头部头部l颈部颈部l尾部（中段、主段、尾段）尾部（中段、主段、尾段）头部头部l包括顶体和核。包括顶体和核。l顶体是单位膜包被囊状结构，位于核的前端。顶体是单位膜包被囊状结构，位于核的前端。顶体内含有各种水

10、解酶。顶体下腔内含有不定顶体内含有各种水解酶。顶体下腔内含有不定形的肌动蛋白。形的肌动蛋白。l核由核由DNA和蛋白质结合，精蛋白（乌贼）、和蛋白质结合，精蛋白（乌贼）、组蛋白（海胆）和特异性蛋白（哺乳类），构组蛋白（海胆）和特异性蛋白（哺乳类），构成一致密体。成一致密体。颈部颈部l短，近端中心粒到远端中心粒。呈漏斗状。短，近端中心粒到远端中心粒。呈漏斗状。尾部尾部l中段、主段、尾段。中段、主段、尾段。l中段包括线粒体、轴丝。线粒体形态各异，是中段包括线粒体、轴丝。线粒体形态各异，是精子运动的动力。精子运动的动力。l主段有轴丝和原生质鞘，负责精子的运动。主段有轴丝和原生质鞘，负责精子的运动。l尾

11、段是裸露的轴丝。尾段是裸露的轴丝。非鞭毛型精子非鞭毛型精子l线虫纲、甲壳纲的种类。线虫纲、甲壳纲的种类。l没有鞭毛，不能主动运动。没有鞭毛，不能主动运动。精子运动精子运动l运动形式：直线运动运动形式：直线运动l运动速度：很快，无法跟踪运动速度：很快，无法跟踪l精子寿命：体内受精的种类精子寿命：体内受精的种类20-40小时，体外小时，体外受精几小时。受精几小时。l能运动不一定有受精能力。能运动不一定有受精能力。l精巢内精子是不运动的。精巢内精子是不运动的。l对精子质量的判断没有明确的指标（需建立评对精子质量的判断没有明确的指标（需建立评价体系）。价体系）。论文论文1：l精子质量评价体系（哺乳动物

12、、水生生物）精子质量评价体系（哺乳动物、水生生物）2 2、环境因素对精子的影响、环境因素对精子的影响l温度温度精子超低温保存精子超低温保存l光照和辐射光照和辐射雌核发育雌核发育lpH酸性条件下，精子代谢受抑制酸性条件下，精子代谢受抑制l渗透压渗透压 具有自我调整能力，但耗能具有自我调整能力，但耗能3 3、精子发生、精子发生l核的变化核的变化l顶体的形成顶体的形成l鞭毛的形成鞭毛的形成 l胞质的变化胞质的变化l线粒体的变化线粒体的变化核的变化核的变化l染色质高度浓缩，呈颗粒状、纤维状和染色质高度浓缩，呈颗粒状、纤维状和片层状，核体积缩小；片层状，核体积缩小；l核形态发生改变，因核外微管形态改变核

13、形态发生改变，因核外微管形态改变造成的。造成的。顶体形成顶体形成l高尔基体分泌前顶体颗粒，颗粒融合为高尔基体分泌前顶体颗粒，颗粒融合为前顶体囊，最后移至核顶部发育为顶体。前顶体囊，最后移至核顶部发育为顶体。l大多在精子发生期形成，也有在精原细大多在精子发生期形成，也有在精原细胞形成，称为早熟现象胞形成，称为早熟现象。中心粒的发育中心粒的发育l两个中心粒移至核的后方，核的后端表两个中心粒移至核的后方，核的后端表面形成一个凹陷，前中心粒位于凹陷中，面形成一个凹陷，前中心粒位于凹陷中，轴丝由远端中心粒发出。轴丝由远端中心粒发出。胞质的变化胞质的变化l细胞质向尾部移动，仅留下一薄层包围细胞质向尾部移动

14、，仅留下一薄层包围在顶体和核以及精子的中段。在顶体和核以及精子的中段。线粒体线粒体 聚集，数量增加，连成一定的形态或聚集，数量增加，连成一定的形态或相互融合，体积增大，数量减少。相互融合，体积增大，数量减少。4、参与精子发生的蛋白、参与精子发生的蛋白l微管蛋白：参与减数分裂的纺锤体、鞭毛的轴微管蛋白：参与减数分裂的纺锤体、鞭毛的轴丝和细胞器移动的一些微管的合成。丝和细胞器移动的一些微管的合成。l结合蛋白：在精子发生的晚期形成。在顶体囊结合蛋白：在精子发生的晚期形成。在顶体囊泡中积累，具有特异性。泡中积累，具有特异性。l储存性的储存性的mRNA：供胚胎发育所需。如乳酸脱：供胚胎发育所需。如乳酸脱

15、氢酶氢酶mRNA。l鱼精蛋白：取代核中的组蛋白，使染色质高度鱼精蛋白：取代核中的组蛋白，使染色质高度浓缩，转录活动下降。浓缩，转录活动下降。5、精子发生的分子调控机制、精子发生的分子调控机制l在减数分裂期、单倍体精子细胞期、精子分化在减数分裂期、单倍体精子细胞期、精子分化期都发现基因表达的产物。期都发现基因表达的产物。如定位在人类如定位在人类Y染色体上的染色体上的DAZ基因，以后人基因，以后人们在小鼠和果蝇中发现和人同源的们在小鼠和果蝇中发现和人同源的DAZ基因，基因，在果蝇中称为在果蝇中称为boule基因基因,认为该基因功能的丧认为该基因功能的丧失可造成精原细胞退化或者不能进入减数分裂失可造

16、成精原细胞退化或者不能进入减数分裂阶段。（少精症）阶段。（少精症）5、精子发生的分子调控机制、精子发生的分子调控机制l如如BF98B表达在精原细胞中，当它在细胞中达表达在精原细胞中，当它在细胞中达到一定的量，细胞向精子细胞方向分化，如果到一定的量，细胞向精子细胞方向分化，如果抑制表达，分化不发生，精子不会形成。抑制表达，分化不发生，精子不会形成。6 6、贝类精子的超微结构特点、贝类精子的超微结构特点 l精子头部形态精子头部形态l存在于细胞核中的泡状结构存在于细胞核中的泡状结构l线粒体的数量线粒体的数量 7、刺参精子发生、刺参精子发生l顶体下腔顶体下腔l线粒体的数量线粒体的数量第四节第四节 卵子

17、卵子 1 1、卵的结构、卵的结构2 2、卵子的发生、卵子的发生3 3、卵子成熟的调控、卵子成熟的调控 1 1、卵的结构、卵的结构l卵膜卵膜l卵质卵质l卵核（生发泡）卵核（生发泡）卵膜（卵膜卵膜（卵膜+质膜）质膜）l初级卵膜初级卵膜l次级卵膜次级卵膜l三级卵膜三级卵膜卵膜卵膜l初级卵膜：由卵细胞分泌，薄。初级卵膜：由卵细胞分泌，薄。l次级卵膜：由滤泡细胞分泌，有粘性。次级卵膜：由滤泡细胞分泌，有粘性。l三级卵膜：由输卵管附属腺体分泌，厚，形态三级卵膜：由输卵管附属腺体分泌，厚，形态各异，有保护性。各异，有保护性。卵质卵质 皮层皮层与皮层颗粒与皮层颗粒 卵黄卵黄颗粒颗粒 线粒体线粒体 内质网内质网

18、 高尔基体高尔基体 多泡小体多泡小体卵卵核核 l核膜核膜l刷状染色体刷状染色体l核仁核仁l核质核质 卵质中储备的物质卵质中储备的物质l蛋白质：多数物种，由肝脏合成大量卵蛋白质：多数物种，由肝脏合成大量卵黄蛋白，经血液运输到卵子中，以卵黄黄蛋白，经血液运输到卵子中，以卵黄的形式储存。的形式储存。l核糖体和核糖体和tRNA：在发育过程中储存大量：在发育过程中储存大量的核糖体和的核糖体和tRNA，以准备受精后不久的，以准备受精后不久的一个蛋白质合成高峰。一个蛋白质合成高峰。l两栖类卵子在减数分裂阶段有两栖类卵子在减数分裂阶段有1012个核个核糖体。糖体。lmRNA，受精后卵子发育所需要的，受精后卵子

19、发育所需要的mRNA全部是母源性的，卵裂全部是母源性的，卵裂12-13次，次，才转录自身的才转录自身的mRNA。l形态形成因子：指导细胞分化的因子，形态形成因子：指导细胞分化的因子，定位在卵子的不同区域，在卵裂过程中定位在卵子的不同区域，在卵裂过程中分离到不同的细胞中。分离到不同的细胞中。l保护性化学物质：具有紫外线滤波器和保护性化学物质：具有紫外线滤波器和DNA修复酶，以防止太阳的伤害，有些修复酶，以防止太阳的伤害，有些卵子含有抗体等。卵子含有抗体等。2 2、卵子的发生、卵子的发生 l发生特点发生特点l发生分期发生分期l与卵黄与卵黄发生发生有关的有关的细胞细胞器器的变化的变化 发生特点发生特

20、点 l减数分裂，产生减数分裂，产生1个卵细胞和个卵细胞和3个极体个极体l卵母细胞生长，体积长到最大，相关基卵母细胞生长，体积长到最大，相关基因扩增几百倍。因扩增几百倍。问题：问题：卵原细胞如何从有丝分裂转为减数分裂？卵原细胞如何从有丝分裂转为减数分裂？卵母细胞中的卵母细胞中的RNA是如何转录和储备的？是如何转录和储备的？卵母细胞的生长如何调控？卵母细胞的生长如何调控？发生分期发生分期l增殖期增殖期l生长期生长期l成熟期成熟期与卵黄形成有关的细胞器的变化与卵黄形成有关的细胞器的变化 l线粒体形成卵黄线粒体形成卵黄l高尔基体液泡形成卵黄高尔基体液泡形成卵黄l内质网形成卵黄内质网形成卵黄l吞饮小泡形

21、成卵黄吞饮小泡形成卵黄线粒体形成卵黄线粒体形成卵黄l线粒体嵴退化、消失，中央出现颗粒物线粒体嵴退化、消失，中央出现颗粒物质的沉积，电子密度由低到高。外膜呈质的沉积，电子密度由低到高。外膜呈波浪形。波浪形。l在卵黄合成期间，正常线粒体数量明显在卵黄合成期间，正常线粒体数量明显减少。减少。高尔基体液泡形成卵黄高尔基体液泡形成卵黄l囊泡外出现核糖体，囊泡内出现低电子囊泡外出现核糖体，囊泡内出现低电子密度的颗粒，最后形成高电子密度颗粒。密度的颗粒，最后形成高电子密度颗粒。内质网形成卵黄内质网形成卵黄l主要是糙面内质网，以环层片状的形式主要是糙面内质网，以环层片状的形式出现，卵黄颗粒在中央形成。出现，卵

22、黄颗粒在中央形成。吞饮小泡形成卵黄吞饮小泡形成卵黄l在卵黄合成早期，细胞质中会出现大量在卵黄合成早期，细胞质中会出现大量的吞饮小泡，小泡外有核糖体，内部出的吞饮小泡，小泡外有核糖体，内部出现沉淀即为卵黄颗粒。现沉淀即为卵黄颗粒。刺参卵黄发生刺参卵黄发生3 3、卵子成熟的调控、卵子成熟的调控l卵母细胞的成熟卵母细胞的成熟l减数分裂的阻断和继续减数分裂的阻断和继续l卵母细胞基因转录卵母细胞基因转录 卵母细胞的成熟卵母细胞的成熟 l形态学成熟：形态学成熟：核膜破裂，染色体聚集，纺锤体核膜破裂，染色体聚集，纺锤体形成和第一极体排出，停顿在第二次成熟分裂形成和第一极体排出，停顿在第二次成熟分裂中期（哺乳

23、类）中期（哺乳类）l分子水平：分子水平：卵母细胞内环化腺甘酸（卵母细胞内环化腺甘酸（cAMP）浓度下降，浓度下降，Ca2+浓度上升，蛋白质合成增加，浓度上升，蛋白质合成增加，蛋白质去磷酸化或磷酸化，促成熟因子蛋白质去磷酸化或磷酸化，促成熟因子（MPF）等活性物质出现。）等活性物质出现。减数分裂的阻断和继续减数分裂的阻断和继续诱导减数分裂的物质诱导减数分裂的物质海星：海星：1-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤两栖类：孕酮两栖类：孕酮鱼类：鱼类：17,20-二羟二羟-4-孕烯孕烯-3-酮酮孕酮孕酮l垂体分泌的促性腺激素作用于滤泡细胞，垂体分泌的促性腺激素作用于滤泡细胞，滤泡产生类固醇激素即孕酮。孕酮作用滤泡产

24、生类固醇激素即孕酮。孕酮作用卵细胞表面，促进两栖类卵母细胞减数卵细胞表面，促进两栖类卵母细胞减数分裂。作用分裂。作用6小时后，核膜破裂，核仁消小时后，核膜破裂，核仁消失。失。Ca2+lCa2+浓度和成熟有关。浓度降低，卵母浓度和成熟有关。浓度降低，卵母细胞的成熟被抑制。细胞的成熟被抑制。Ca2+和一种蛋白结和一种蛋白结合，成为钙调节素。合，成为钙调节素。环化腺甘酸环化腺甘酸cAMPl影响激素的第二信使。能激活蛋白激酶，影响激素的第二信使。能激活蛋白激酶，后者使蛋白磷酸化。浓度高，抑制卵母后者使蛋白磷酸化。浓度高，抑制卵母细胞成熟，而孕酮能降低细胞成熟，而孕酮能降低cAMP的水平。的水平。促成熟

25、因子促成熟因子MPFl催化与细胞分裂有关的蛋白磷酸化，是催化与细胞分裂有关的蛋白磷酸化，是减数分裂的中心调控物质。存在在所有减数分裂的中心调控物质。存在在所有真核生物中，在进化上高度保守。如作真核生物中，在进化上高度保守。如作用于微管蛋白，控制细胞周期中微管的用于微管蛋白，控制细胞周期中微管的动力学变化。在动力学变化。在G2期的晚期开始出现活期的晚期开始出现活性，在性，在M期活性最强，在期活性最强，在G1期的早期活期的早期活性消失。孕酮可催化该物质的转录。性消失。孕酮可催化该物质的转录。细胞生长抑制因子（细胞生长抑制因子（CSF）l是苏氨酸和丝氨酸的复合。活性随卵母是苏氨酸和丝氨酸的复合。活性

26、随卵母细胞受精而消失。细胞受精而消失。PP39moslPP39mos是翻译的蛋白合成产物，促进成是翻译的蛋白合成产物，促进成熟分裂，受精后立即降解。熟分裂，受精后立即降解。l在卵母细胞中储存着母源在卵母细胞中储存着母源c-mos mRNA，经外源信号刺激，经外源信号刺激，c-mos mRNA加加poly(A)尾，由此翻译出相对分子质量尾，由此翻译出相对分子质量3.9*104的磷蛋白的磷蛋白PP39mos。卵母细胞的基因转录卵母细胞的基因转录l到减数分裂的双线期，所有胚胎发育所需要的到减数分裂的双线期，所有胚胎发育所需要的rRNA,tRNA,mRNA全部转录完成。可经历几全部转录完成。可经历几个月。个月。lRNA的复杂性和含量随卵母细胞的成熟增加的复杂性和含量随卵母细胞的成熟增加-海胆海胆l没有变化没有变化-两栖类。两栖类。主要研究内容主要研究内容l环境因子对生殖细胞发生影响环境因子对生殖细胞发生影响l卵黄形成及影响因子卵黄形成及影响因子l生殖细胞发生过程中基因调控生殖细胞发生过程中基因调控l精子发生精子发生