生殖细胞的发生

关于生殖细胞的发生线虫、昆虫、脊椎动物和其他许多动物的生殖细胞（germcell）和体细胞（somaticcell）在很早期的发育阶段就有明显的分化。

也有不少动物如腔肠动物、扁虫等，其体细胞与生殖细胞的分化并不确定，在一定的条件下能够转化为生殖细胞。

第2页,共91页，2024年2月25日，星期天1.

生殖质与生殖细胞的分化

2.原始生殖细胞的迁移

3.精子发生（spermatogenesis）

4.卵子发生(oogenesis)

第3页,共91页，2024年2月25日，星期天第一节生殖细胞的起源与分化

原生殖细胞（PGC）在胚胎发育初期生殖细胞就已经决定的动物，其生殖细胞来源于原生殖细胞（primordialgermcell，PGC）。原生殖细胞经过迁移，进入发育中的生殖腺原基—生殖嵴（genitalridge）分化成为生殖细胞。而原生殖细胞的起源可以追溯到更早期的胚胎发育阶段。第4页,共91页，2024年2月25日，星期天生殖质有些动物的卵细胞质中存在着具有一定形态结构、可识别的特殊细胞质——生殖质（germplasm）。生殖质由蛋白质和RNA组成颗粒状结构，定位于卵质的特殊区域，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。具有生殖质的细胞是新一代生殖细胞的发源处；将分化成为原生殖细胞。

各类动物生殖质的形态结构和特性、原生殖细胞的形成及其迁移有较大的差异。第5页,共91页，2024年2月25日，星期天一、生殖质与生殖细胞分化线虫的P颗粒

线虫第4次卵裂结束时，便产生了生殖细胞谱系，所有的生殖细胞都来自P4分裂球。线虫未受精卵中均匀分布的生殖质—P颗粒(posteriorgranules)

，在受精后迅速地集中到预定胚胎的后部。生殖细胞形成和P颗粒分布的关系说明，P颗粒可能对于生殖细胞的分化具有重要的作用。第6页,共91页，2024年2月25日，星期天P颗粒原生殖细胞第7页,共91页，2024年2月25日，星期天26细胞期时全部P颗粒都在P4细胞中第8页,共91页，2024年2月25日，星期天第9页,共91页，2024年2月25日，星期天果蝇的极质

卵细胞内特殊的生殖质决定生殖细胞的发育命运，最清楚的例子来自对果蝇的研究。果蝇的原始生殖细胞最早发现于受精后90min，这些原生殖细胞位于胚胎的后端。胚胎后端的细胞质内含有特殊的极质（poleplasm）颗粒，其内含有蛋白质和多种RNA。第10页,共91页，2024年2月25日，星期天果蝇的极质A.果蝇极细胞极质的透射电镜照片。B.卵裂结束前的早期果蝇胚胎极细胞的扫描电镜照片。第11页,共91页，2024年2月25日，星期天两个主要的实验证实了极质（poleplasm）可以促进生殖细胞发育命运的特化。第一，如果用紫外线照射卵的后端，破坏极质的活性，便没有生殖细胞形成。第二，移植果蝇的极质能够引起生殖细胞分化。

如果将卵的后极移植到另一个胚胎的前端，极质所包围的细胞核便分化形成生殖细胞。如果将卵前端这些细胞移植到将来发育为生殖腺的区域，它们就可以发育为有功能的生殖细胞。第12页,共91页，2024年2月25日，星期天移植果蝇的极质能够引起生殖细胞分化：第13页,共91页，2024年2月25日，星期天移植果蝇极细胞质能够治愈射线照射引起的生殖细胞不发育。第14页,共91页，2024年2月25日，星期天生殖质在爪蟾受精卵中的存在：位置：植物极；构成：富含RNA和蛋白质的一团特殊细胞质；功能：决定原始生殖细胞(PGC)的形成和发育。第15页,共91页，2024年2月25日，星期天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。（Bounoure，1934）第16页,共91页，2024年2月25日，星期天蛙受精的合子中生殖质成分（种质）靠近植物极。第17页,共91页，2024年2月25日，星期天桑椹胚内胚层区里含有种质成分的细胞的有丝分裂。第18页,共91页，2024年2月25日，星期天在原肠胚形成启动时，靠近囊胚腔底面的原始生殖细胞。第19页,共91页，2024年2月25日，星期天小鼠：

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。第20页,共91页，2024年2月25日，星期天不同动物在生殖腺原基发生时，原生殖细胞以不同的方式迁移进入生殖腺原基，在那里进行生殖细胞的分化。二、原生殖细胞的迁移第21页,共91页，2024年2月25日，星期天PGC形成后，迁移到生殖嵴，在性腺中分化为卵子或精子。PGC的迁移路线随动物类群不同而有所不同：鸡：PGC血岛性腺；果蝇、爪蟾和小鼠：

PGC先集中于原肠胚期后肠的内胚层，迁入生殖嵴，从而产生卵子或精子。第22页,共91页，2024年2月25日，星期天1.两栖类原生殖细胞（PGC）的迁移生殖质聚集沿分裂沟迁移囊胚腔底部原肠腔底部内胚层中背侧肠系膜生殖嵴生殖腺。第23页,共91页，2024年2月25日，星期天第24页,共91页，2024年2月25日，星期天两栖动物的生殖质定位在卵的植物极，用紫外线照射胚胎植物极之后，生殖腺中将缺少生殖细胞。原始生殖细胞迁移路线：植物极---囊胚腔底部细胞的分裂沟附近---原肠腔底部内胚层-－幼虫后肠聚集－沿肠背部迁移至生殖嵴中。每个生殖嵴有～30PGC。生殖嵴细胞内的一些因子是PGCs定向迁移的重要因素。第25页,共91页，2024年2月25日，星期天2.哺乳动物原生殖细胞的迁移在尿囊与后肠交接处，PGC聚集卵黄囊附近再分成2群沿卵黄囊尾部通过新形成的后肠沿背侧肠系膜向上迁移左、右生殖嵴第26页,共91页，2024年2月25日，星期天A.在卵黄囊靠近后肠和尿囊连接处可观察到原始的生殖细胞。B.原始生殖细胞经过肠、肠系膜的背面迁移到生殖嵴。第27页,共91页，2024年2月25日，星期天第28页,共91页，2024年2月25日，星期天第29页,共91页，2024年2月25日，星期天3.鸟类和爬行类原生殖细胞的迁移鸟类的PGC最早起源于明区中央的上胚层细胞。在原肠作用中迁移至明区的前部边缘的下胚层，形成生殖新月区(germinalcrescent)，这些细胞繁殖成为PGC。

生殖新月区形成血管时，PGC进入血管，通过血液循环迁移进入生殖嵴。第30页,共91页，2024年2月25日，星期天PGC来自外胚层细胞生殖新月生殖腺第31页,共91页，2024年2月25日，星期天鸡原条期胚胎的背面观，示原始生殖细胞发生的生殖新月区、暗区、明区和亨氏节。第32页,共91页，2024年2月25日，星期天第33页,共91页，2024年2月25日，星期天第34页,共91页，2024年2月25日，星期天4.果蝇原始生殖细胞的的迁移果蝇原始生殖细胞起源于胚胎后端，经后中肠穿过肠壁和中胚层，形成两个分离的队列，最终聚集在生殖腺中。第35页,共91页，2024年2月25日，星期天原生殖细胞进入生殖腺原基后不断进行有丝分裂，产生生殖干细胞后代。生殖干细胞必须经过减数分裂才能分化形成雌性配子或雄性配子，染色体数目由双倍体变成单倍体。三、减数分裂（meiosis）第36页,共91页，2024年2月25日，星期天

进入

有丝分裂

PGC

生殖腺原基生殖干细胞

减数分裂

♀♂配子通过联会配对、同源染色体间遗传信息的交换和重组，可产生大量不同的含有不同染色体组合的生殖细胞。第37页,共91页，2024年2月25日，星期天第38页,共91页，2024年2月25日，星期天减数分裂第一次减数分裂（2nn）第二次减数分裂（nn）前期中期后期末期前期中期后期末期细线期偶线期粗线期染色体双线期交叉终变期减数分裂期第39页,共91页，2024年2月25日，星期天迁移进入生殖腺原基的原生殖细胞具备两种发育潜能，由生殖腺内的微环境决定分化成为精子或卵子。这里涉及两种决定：第一种决定是生殖干细胞是进入减数分裂进行配子发生还是进行有丝分裂成为生殖干细胞。第二种决定是进行减数分裂的细胞是发育为卵子还是精子。四、生殖细胞定向分化的决定第40页,共91页，2024年2月25日，星期天PGC具备两种发育潜能：（1）生殖干细胞是减数分裂：配子发生

有丝分裂：生殖干细胞（2）进行减数分裂的细胞是发育成卵子或精子。第41页,共91页，2024年2月25日，星期天位于线虫生殖腺末端的远端细胞对生殖干细胞进行有丝分裂还是减数分裂具有调控作用。第42页,共91页，2024年2月25日，星期天离开生殖腺末端的细胞进入减数分裂，而留在末端的细胞继续有丝分裂。末端的单个远端细胞（distaltipcell）的纤毛含lag-2蛋白，它与GC上的受体glp-1结合后抑制GC发生减数分裂。用激光使远端细胞失活可导致所有GC进入减数分裂；将该细胞移植到其它处，则可使附近细胞继续有丝分裂。glp-1基因在生殖细胞对远端细胞的信号作出反应的过程中起作用。第43页,共91页，2024年2月25日，星期天一、精子的结构第二节精子发生第44页,共91页，2024年2月25日，星期天人类精子结构示意图第45页,共91页，2024年2月25日，星期天第46页,共91页，2024年2月25日，星期天第47页,共91页，2024年2月25日，星期天精子鞭毛的结构第48页,共91页，2024年2月25日，星期天二、精子发生（spermatogenesis

）精子发生：由PGC发育到精原细胞，再发育到精子成熟并排出体外的过程。

脊椎动物的PGCs到达雄性胚胎的生殖腺原基后，立即进入性索，然后停留在那里直到成熟。性索发育成为生精小管，其管上皮细胞分化形成支持细胞（sertolicell）。PGCs分裂形成精原细胞。

第49页,共91页，2024年2月25日，星期天精子发生阶段：原生殖细胞精原细胞增殖期初级精母细胞生长期成熟分裂期精子形成期第50页,共91页，2024年2月25日，星期天哺乳动物支持细胞和精子的发育，细胞在成熟过程中不断向生精小管腔推进。第51页,共91页，2024年2月25日，星期天基膜生殖干细胞第52页,共91页，2024年2月25日，星期天人约需74天第53页,共91页，2024年2月25日，星期天第54页,共91页，2024年2月25日，星期天三、精子形成顶体形成：由高尔基复合体构建成的囊状结构，似一个“帽子”覆盖于精子核顶部，顶体内具有：透明质酸酶、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)精子核发生旋转，使顶体面向生精小管的基膜(3)细胞核染色质凝集，大部分细胞质成分被抛弃，线粒体环绕鞭毛基部形成环状，形成的精子进入管腔。

第55页,共91页，2024年2月25日，星期天精子形成(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。第56页,共91页，2024年2月25日，星期天精子细胞经分化过程才能成为成熟的精子，具备运动、受精能力。第57页,共91页，2024年2月25日，星期天各类动物精子形态特征第58页,共91页，2024年2月25日，星期天第三节卵子发生(oogenesis)一、卵子的结构特征体积大：＞10000倍（精子体积）；成熟卵子中具有蛋白质、RNA、保护性化学物质和形态形成因子；细胞核：卵核n；质膜：受精时可调控特定的离子在卵子内外的流动；卵黄膜（透明带）：识别同一物种的精子；辐射冠：哺乳动物卵子外紧靠着透明带的一层滤泡细胞，对卵子具有营养作用。第59页,共91页，2024年2月25日，星期天第60页,共91页，2024年2月25日，星期天卵子的构造

卵质－卵细胞质：含大量卵黄

卵核－卵细胞核（n）（1）初级卵膜：辐射带（2）次级卵膜：绒毛膜、透明带卵膜－卵细胞膜（3）三级卵膜：保护性、营养性膜结构第61页,共91页，2024年2月25日，星期天二、卵细胞的极性及卵子的类型蛙胚卵裂第62页,共91页，2024年2月25日，星期天

卵子的类型

均黄卵：卵黄含量少且均匀分布在卵质中，海绵、腔肠、蠕形、软体、棘皮、头索、哺乳类的卵子。

端黄卵：卵黄含量很多且呈极性分布，有动物极、植物极之分。如软骨鱼类、硬骨鱼类、爬行类、鸟类及卵生哺乳类。

中黄卵：卵黄含量多且分布在卵子中央，细胞质分布在卵子表层，如昆虫卵。

间黄卵：卵黄含量介于均黄卵与端黄卵之间，卵黄比较集中的在植物极，原生质则集中在动物极，环节动物、两栖类等。第63页,共91页，2024年2月25日，星期天三、卵母细胞的减数分裂卵子发生除了形成单倍体的细胞核之外，还要建立一个由酶、mRNA、细胞器和代谢产物等组成的细胞质库，具备十分复杂的胞质体系。其次卵母细胞有很长的减数分裂前期，使卵母细胞充分生长。第64页,共91页，2024年2月25日，星期天原生殖细胞进入胚胎卵巢后分化成为卵原细胞（oogonia）。卵原细胞分裂增殖，进入第一次减数分裂前期，形成初级卵母细胞（primaryoocyte）。初级卵母细胞停止在第一次减数分裂的前期，这种阻断的情况一直维持到青春期。随着青春期的开始，初级卵母细胞在卵巢内激素的作用进一步发育成熟，阶段性地恢复减数分裂，接着第二次减数分裂发生，进行排卵。成熟的卵处于第二次减数分裂的中期。第65页,共91页，2024年2月25日，星期天第66页,共91页，2024年2月25日，星期天人类卵巢中生殖细胞数目的变化第67页,共91页，2024年2月25日，星期天昆虫的卵子发生

滋养型方式：果蝇卵子发生的初期在卵巢中进行，起源于卵巢一端的生殖系干细胞经过4次分裂形成由细胞质桥相互连接的16细胞合胞体。其中只有位于胞囊后端的一个细胞形成卵母细胞，其余15个细胞则形成滋养细胞。第68页,共91页，2024年2月25日，星期天第69页,共91页，2024年2月25日，星期天滋养细胞的核DNA经过多次复制，形成多倍体的核。由于滋养细胞多倍体核具有高转录活性，可合成和提供卵子发育所需的RNA和蛋白质。滋养细胞合成mRNA,rRNA，甚至是完整的核糖体，并通过细胞间桥的胼合体，单向转运到卵母细胞（1#）里第70页,共91页，2024年2月25日，星期天滋养细胞合成的基因产物中，有发育控制分子如bicoidmRNA

，它储存在卵的前极。还有namos

和oskarmRNAs，它们转移并积累在后极。这些RNA会决定头和腹的发生位置，使卵子产生前后轴的极性。第71页,共91页，2024年2月25日，星期天

两栖类卵母细胞的成熟鱼类和两栖类的卵子由生殖干细胞—卵原细胞分化而来。当卵母细胞到达减数分裂前期的双线期时，卵黄发生开始。卵黄的主要成分为卵黄蛋白原（vitellogenin），主要在肝脏中合成，通过血液循环进入卵巢，再卵巢滤泡细胞间转运和借助胞饮作用进入卵母细胞。第72页,共91页，2024年2月25日，星期天非洲爪蟾的卵黄蛋白原裂解形成卵黄高磷蛋白和卵黄磷脂蛋白，二者形成卵黄小板（yolkplatelet）第73页,共91页，2024年2月25日，星期天非洲爪蟾卵母细胞卵黄小板由动物极向植物极的转运以及动植物极性的建立第74页,共91页，2024年2月25日，星期天PGC第75页,共91页，2024年2月25日，星期天鱼（Coregonus）卵母细胞极体的形成，示卵母细胞的两次成熟分裂并非是均等分裂。第76页,共91页，2024年2月25日，星期天减数分裂的阻断和继续孕酮能促进卵母细胞继续减数分裂。其作用机理：孕酮使卵内一种编码pp39mos

的mRNA开始翻译，而pp39mos能抑制一种专一性降解细胞周期蛋白(cyclin)的蛋白酶。如果cyclin不降解，蛋白质激酶促成熟因子（maturationpromotingfactor,MPF）就会保持其活性，使阻断的减数分裂继续。第77页,共91页，2024年2月25日，星期天卵子的发生特点

成熟卵子的数目少；卵子发生不经过变态期；生长期明显：小生长期－细胞的生长；大生长期－卵黄的积累；二次成熟分裂可在卵巢中或卵巢外进行；

2次成熟分裂后，形成1个卵细胞和3个极体。第78页,共91页，2024年2月25日，星期天四、精子发生与卵子发生的比较共同点：①经过减数分裂，染色体数目减半，同源染色体间发生交换、重组；②发生了广泛的形态学分化：精子：鞭毛生长、核凝缩、细胞质外排和顶体泡形成；卵子：大小剧增、营养积聚、外壳保护层形成、皮质颗粒组装；③受精未发生之前，均不能长时间存活。第79页,共91页，2024年2月25日，星期天差异点：①卵细胞含有启动发育和维持代谢所需要的全部元件。②卵母细胞有一个很长的减数分裂前期，使卵母细胞充分生长。③产卵量大的动物，卵原细胞在整个生命周期中能够分裂产生大量的生殖干细胞；产卵量少的动物，卵原细胞的增殖只发生在早期，形成一定数量的前体细