生殖细胞的发生
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第二章 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（germ cell）和体细胞（somatic cell）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。
生殖质与生殖细胞的分化
原生殖细胞的迁移 精子发生（spermatogenesis）
爪蟾的生殖质
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）
4.爬行类和鸟类
爬行类和鸟类的原生殖 细胞的发生定位在胚体 与胚外器官交界称之为 生殖新月区的部位
5.小鼠
没有证据表明小鼠与其他哺乳动物生殖细 胞发生于生殖质的关系。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。
下一节内容
• 精子的形成 • 卵子的形成
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。
有些母体效应基因（maternal effect gene）的表达对于 果蝇极质的形成具有重要的作用。 至少有8种基因的突变会导致果蝇不能形成极质，不能 形成生殖细胞，因此是不育（sterile）的。 其中，oskar基因在果蝇极质的形成和装配过程中起着 极其重要的调控作用。Oskar基因将其mRNA定位于胚 胎的后极。
3.两栖类动物的生殖质
目前对于脊椎动物生殖干细胞决定的细胞学过程 不十分清楚，但是它们都是发生在胚胎早期特定 的部位这一点是明确的，称这一类细胞为原始生 殖细胞。
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 质的胞质成分存在并见到后期富含这种成分的生 殖干细胞前体细胞的形成。
鸡胚胎的原始生殖细胞的迁移
B.鸡胚胎靠近生殖腺原基区域的横切面图。血管里的几个原生 殖细胞聚集在血管内皮上，一个原生殖细胞正在穿过血管内皮， 另一个已经定位在生殖腺上皮中了。（S.F.Gilbert）
4.哺乳动物生殖细胞的迁移
图：哺乳动物生殖细胞迁移的途径 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.原始生殖细胞进过肠、肠系膜的背面迁移到生殖嵴。
以果蝇为例总结如下：
1. 在果蝇受精90min后发现含有特殊极质颗粒的原生殖细 胞位于胚胎后端，用紫外线照射受精卵，破坏生殖质的活 性，则以后的发育中无生殖细胞发生； 2. 若将一个P基因型受精卵后段胞质中的生殖质移植到另 一个Y基因型早期卵裂阶段胚胎的前端胞质中，可使Y基因 型细胞也分化成为原生殖细胞； 3. 如果将这些原生殖细胞再移植到另一个胚胎的后端，并 进一步迁移进入生殖原基，这些细胞可以发育成功能性生 殖细胞； 4. 发现有8个母体效应基因中，只要其中任何一个基因产 生突变，都能引起由其产生的个体无后代，而其由于缺乏 生殖质，只能发育成无生殖细胞的不育个体； 5. 其中oskar基因对生殖质的形成和装备起着极其重要的 调控作用。
在7d的鼠胚中大约有8个的嗜碱性的细胞出现在 胚体原条后端的胚外间质组织之中，如果将这些细 胞移去则个体发育不再产生生殖细胞。胚胎发育的 7.5d，原生殖细胞积聚于尿囊并开始迁移到临近的 卵黄囊之中。随后，原生殖细胞分成左、右两组， 从尾部沿着新发育形成的后肠向上穿过背部间质组 织，在大约11d时分别进入左、右生殖嵴之中（图 2.1.12）。这时的原生殖细胞也由迁移开始的大约 10—100个细胞分裂增殖到大约2500—5000个。与瓜 蟾类似，哺乳动物原生殖细胞也以团聚的方式通过 非循环途径迁移，并且细胞间质成分表现出对原生 殖细胞迁移的导向作用。
卵子发生（oogenesis）
一、生殖质与生殖细胞分化
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（primordial germ cell, PGC）。原生殖细胞经过迁移。进 入发育中的生殖腺原基-生殖嵴分化成为生殖 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。
5.生殖细胞定向分化的决定
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。
Leabharlann Baidu
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（distal tip cell）的纤毛含lag-2蛋白，它与GC上的受体glp-1结 合后一直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。
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（germ plasm）。生殖质由蛋白质和RNA组成，定位于 卵质的特殊区域，具有生殖质的细胞将分化成 为原生殖细胞。 各类动物生殖质的形态结构和特性、原生 质细胞的形成及其迁移有较大的差异。
以线虫、果蝇等为例做一介绍。
1.线虫的P颗粒
2. 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颗粒，其内含有 蛋白质和多种RNA。
果蝇生殖干细胞的确定与线虫极为相似。果 蝇受精卵细胞进行的是表面卵裂，细胞核连续分 裂并最终迁移到卵细胞的外周，形成合胞的结构。 在经过9次分裂后，有5个细胞核移到未来胚胎的 末端，分化出现一个称为极细胞的细胞团，生殖 干细胞出现。与线虫相似，在果蝇生殖干细胞形 成的过程中，同样存在卵细胞胞质中特殊颗粒状 物质向生殖干细胞形成区域迁移定位的过程。这 种颗粒也称为P颗粒（见图）。它们对生殖细胞 的形成起着重要作用。
果蝇极粒——一种蛋白和RNA的结合体
成分一：gcl编码的蛋白质。1992年Jongens等发现 germ cell-less(gcl) 基因转录产物-gcl mRNA，定位于 卵子的最后端，在早期卵裂时翻译成蛋白质。由gcl编 码的蛋白质可能进入核中，对极细胞的形成有关键作 用。该基因的突变可使果蝇失去形成生殖细胞的能力。
2. 两栖类原始生殖细胞的迁移
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。
原生殖细胞迁移路线
原生殖细胞迁移路线：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~30原生殖细胞。生殖嵴细胞 内的一些因子是原生殖细胞定向迁移的重要因素。
决定果蝇原始生殖细胞的命运的其他基因
1. gcl（germ cell-less）：gcl基因在卵的生成过程中由营养 细胞转录，受精后开始翻译，其蛋白定位在极质中。缺失 该基因导致果蝇无生殖细胞。
2. 另外在果蝇的极质中还发现了一些可能参与与PGC形成 的基因产物，如：nanos基因、线粒体大核糖体 RNA(mtlrRNA，mitochondrial large ribosomalRNA）以及极 粒成分（polar granule component,pgc）的非翻译RNA等。
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。
两个主要的实验证实了极质（pole plasm）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。
3.鸟类和爬行类生殖细胞的迁移
鸟类的原生殖细胞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（germinal crescent），这些细胞繁 殖成为PGC。生殖新月区形成血管时，原生殖细胞进 入血管，通过血液循环迁移进入生殖嵴。
鸡胚胎的原始生殖细胞的迁移： 原肠期胚胎毛细血管中的原生殖细胞的扫描电镜照片。原始 生殖细胞可由其较大的体积和表面的微绒毛辨认出来。
果蝇gcl基因产物定位于受精卵和早期胚胎的后端。
成分二：oskar mRNA,当将oskar mRNA注射到果蝇胚胎的 其他位置时，则在该位置形成原始生殖细胞。 oskar 基因限 制定位于卵子的后部，对于生殖质的形成和装配有着重要的 调控作用。 oskar 的异常表达或缺失会导致原生殖细胞的异 常形成和胚胎后极不能正常分化。 组分三：线粒体rRNA（mtrRNA），Kobayashi和Okada （1989年）发现将mtrRNA注射到被紫外线辐射的胚胎中可 恢复其形成极细胞的能力。mtrRNA可能参与知道极细胞的 形成，但并不进入极细胞中。
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（posterior granules）， 在受精后迅速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。
总结 1、未受精卵细胞含有均匀的P颗粒 2、受精后P颗粒集中与预定胚胎后部 3、第一次分裂产生无P颗粒的AB大细胞和有 P颗粒的P1小颗粒 4、P1小细胞经过3次有丝分裂产生了P4细胞， P4细胞也就是第4次卵裂中产生的是所有 生殖细胞的始祖细胞 5、生殖细胞分化开始于P4细胞
二、原始生殖细胞的迁移
原生殖细胞是生殖细胞的前身，不同动物在生殖腺 原基发生时，原生质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。
不同物种的原生殖细胞具有不同的迁移路线。
1.果蝇原始生殖细胞的迁移
果蝇原始生殖细胞起源于胚胎的后端，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。
线虫、昆虫、脊椎动物和其他许多动物的生殖细 胞（germ cell）和体细胞（somatic cell）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。
生殖质与生殖细胞的分化
原生殖细胞的迁移 精子发生（spermatogenesis）
爪蟾的生殖质
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）
4.爬行类和鸟类
爬行类和鸟类的原生殖 细胞的发生定位在胚体 与胚外器官交界称之为 生殖新月区的部位
5.小鼠
没有证据表明小鼠与其他哺乳动物生殖细 胞发生于生殖质的关系。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。
下一节内容
• 精子的形成 • 卵子的形成
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。
有些母体效应基因（maternal effect gene）的表达对于 果蝇极质的形成具有重要的作用。 至少有8种基因的突变会导致果蝇不能形成极质，不能 形成生殖细胞，因此是不育（sterile）的。 其中，oskar基因在果蝇极质的形成和装配过程中起着 极其重要的调控作用。Oskar基因将其mRNA定位于胚 胎的后极。
3.两栖类动物的生殖质
目前对于脊椎动物生殖干细胞决定的细胞学过程 不十分清楚，但是它们都是发生在胚胎早期特定 的部位这一点是明确的，称这一类细胞为原始生 殖细胞。
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 质的胞质成分存在并见到后期富含这种成分的生 殖干细胞前体细胞的形成。
鸡胚胎的原始生殖细胞的迁移
B.鸡胚胎靠近生殖腺原基区域的横切面图。血管里的几个原生 殖细胞聚集在血管内皮上，一个原生殖细胞正在穿过血管内皮， 另一个已经定位在生殖腺上皮中了。（S.F.Gilbert）
4.哺乳动物生殖细胞的迁移
图：哺乳动物生殖细胞迁移的途径 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.原始生殖细胞进过肠、肠系膜的背面迁移到生殖嵴。
以果蝇为例总结如下：
1. 在果蝇受精90min后发现含有特殊极质颗粒的原生殖细 胞位于胚胎后端，用紫外线照射受精卵，破坏生殖质的活 性，则以后的发育中无生殖细胞发生； 2. 若将一个P基因型受精卵后段胞质中的生殖质移植到另 一个Y基因型早期卵裂阶段胚胎的前端胞质中，可使Y基因 型细胞也分化成为原生殖细胞； 3. 如果将这些原生殖细胞再移植到另一个胚胎的后端，并 进一步迁移进入生殖原基，这些细胞可以发育成功能性生 殖细胞； 4. 发现有8个母体效应基因中，只要其中任何一个基因产 生突变，都能引起由其产生的个体无后代，而其由于缺乏 生殖质，只能发育成无生殖细胞的不育个体； 5. 其中oskar基因对生殖质的形成和装备起着极其重要的 调控作用。
在7d的鼠胚中大约有8个的嗜碱性的细胞出现在 胚体原条后端的胚外间质组织之中，如果将这些细 胞移去则个体发育不再产生生殖细胞。胚胎发育的 7.5d，原生殖细胞积聚于尿囊并开始迁移到临近的 卵黄囊之中。随后，原生殖细胞分成左、右两组， 从尾部沿着新发育形成的后肠向上穿过背部间质组 织，在大约11d时分别进入左、右生殖嵴之中（图 2.1.12）。这时的原生殖细胞也由迁移开始的大约 10—100个细胞分裂增殖到大约2500—5000个。与瓜 蟾类似，哺乳动物原生殖细胞也以团聚的方式通过 非循环途径迁移，并且细胞间质成分表现出对原生 殖细胞迁移的导向作用。
卵子发生（oogenesis）
一、生殖质与生殖细胞分化
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（primordial germ cell, PGC）。原生殖细胞经过迁移。进 入发育中的生殖腺原基-生殖嵴分化成为生殖 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。
5.生殖细胞定向分化的决定
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。
Leabharlann Baidu
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（distal tip cell）的纤毛含lag-2蛋白，它与GC上的受体glp-1结 合后一直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。
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（germ plasm）。生殖质由蛋白质和RNA组成，定位于 卵质的特殊区域，具有生殖质的细胞将分化成 为原生殖细胞。 各类动物生殖质的形态结构和特性、原生 质细胞的形成及其迁移有较大的差异。
以线虫、果蝇等为例做一介绍。
1.线虫的P颗粒
2. 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颗粒，其内含有 蛋白质和多种RNA。
果蝇生殖干细胞的确定与线虫极为相似。果 蝇受精卵细胞进行的是表面卵裂，细胞核连续分 裂并最终迁移到卵细胞的外周，形成合胞的结构。 在经过9次分裂后，有5个细胞核移到未来胚胎的 末端，分化出现一个称为极细胞的细胞团，生殖 干细胞出现。与线虫相似，在果蝇生殖干细胞形 成的过程中，同样存在卵细胞胞质中特殊颗粒状 物质向生殖干细胞形成区域迁移定位的过程。这 种颗粒也称为P颗粒（见图）。它们对生殖细胞 的形成起着重要作用。
果蝇极粒——一种蛋白和RNA的结合体
成分一：gcl编码的蛋白质。1992年Jongens等发现 germ cell-less(gcl) 基因转录产物-gcl mRNA，定位于 卵子的最后端，在早期卵裂时翻译成蛋白质。由gcl编 码的蛋白质可能进入核中，对极细胞的形成有关键作 用。该基因的突变可使果蝇失去形成生殖细胞的能力。
2. 两栖类原始生殖细胞的迁移
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。
原生殖细胞迁移路线
原生殖细胞迁移路线：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~30原生殖细胞。生殖嵴细胞 内的一些因子是原生殖细胞定向迁移的重要因素。
决定果蝇原始生殖细胞的命运的其他基因
1. gcl（germ cell-less）：gcl基因在卵的生成过程中由营养 细胞转录，受精后开始翻译，其蛋白定位在极质中。缺失 该基因导致果蝇无生殖细胞。
2. 另外在果蝇的极质中还发现了一些可能参与与PGC形成 的基因产物，如：nanos基因、线粒体大核糖体 RNA(mtlrRNA，mitochondrial large ribosomalRNA）以及极 粒成分（polar granule component,pgc）的非翻译RNA等。
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。
两个主要的实验证实了极质（pole plasm）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。
3.鸟类和爬行类生殖细胞的迁移
鸟类的原生殖细胞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（germinal crescent），这些细胞繁 殖成为PGC。生殖新月区形成血管时，原生殖细胞进 入血管，通过血液循环迁移进入生殖嵴。
鸡胚胎的原始生殖细胞的迁移： 原肠期胚胎毛细血管中的原生殖细胞的扫描电镜照片。原始 生殖细胞可由其较大的体积和表面的微绒毛辨认出来。
果蝇gcl基因产物定位于受精卵和早期胚胎的后端。
成分二：oskar mRNA,当将oskar mRNA注射到果蝇胚胎的 其他位置时，则在该位置形成原始生殖细胞。 oskar 基因限 制定位于卵子的后部，对于生殖质的形成和装配有着重要的 调控作用。 oskar 的异常表达或缺失会导致原生殖细胞的异 常形成和胚胎后极不能正常分化。 组分三：线粒体rRNA（mtrRNA），Kobayashi和Okada （1989年）发现将mtrRNA注射到被紫外线辐射的胚胎中可 恢复其形成极细胞的能力。mtrRNA可能参与知道极细胞的 形成，但并不进入极细胞中。
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（posterior granules）， 在受精后迅速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。
总结 1、未受精卵细胞含有均匀的P颗粒 2、受精后P颗粒集中与预定胚胎后部 3、第一次分裂产生无P颗粒的AB大细胞和有 P颗粒的P1小颗粒 4、P1小细胞经过3次有丝分裂产生了P4细胞， P4细胞也就是第4次卵裂中产生的是所有 生殖细胞的始祖细胞 5、生殖细胞分化开始于P4细胞
二、原始生殖细胞的迁移
原生殖细胞是生殖细胞的前身，不同动物在生殖腺 原基发生时，原生质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。
不同物种的原生殖细胞具有不同的迁移路线。
1.果蝇原始生殖细胞的迁移
果蝇原始生殖细胞起源于胚胎的后端，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。