天然雌核发育与异精效应 课件

Hertwig效应：通常伴随着对精子的放射线照射剂量的增高， Hertwig效应：通常伴随着对精子的放射线照射剂量的增高， 失活精子受精后胚胎的成活率降低; 失活精子受精后胚胎的成活率降低;当照射超过某一剂量时， 成活率反而回升（当照射达到某一剂量时染色体断片完全脱 落，胚胎仅靠由卵子来的染色体发育，从而成活率回升）。
卵子被近缘两性型种类雄鱼的精子激发后才能发育， 但精子只起激发作用，并未发生雌雄原核的融合或配 子配合。 卵子具有与母本完全相同的染色体组型 后代不具父本性状，所有雌核发育后代全为雌性
第二节 雌核发育的二倍ห้องสมุดไป่ตู้化
正常的卵子发育的胚胎是单倍体，孵化 时呈现显著的畸形，出现一系列单倍体综合 症:头（眼）小，体躯较短，围心腔扩大、 水肿、尾椎弯曲、色素减少、血液循环不全 等畸形 等 。因此，要获得具有生存能力的 雌核发育个体，就要使卵子的染色体加倍。
1.辐射处理 1.辐射处理 （1）γ、X射线 • 原理是诱发染色体断裂。当达到一定剂量时，能够使精核中的DNA完全 原理是诱发染色体断裂。当达到一定剂量时，能够使精核中的DNA完全 被破坏，Hertwig效应。 被破坏，Hertwig效应。 •具有较好的穿透力，但不安全；经γ、x射线处理过的精子生存力和受精 具有较好的穿透力，但不安全；经γ 力都较差, 力都较差,在雌核发育的胚胎中还可能存在大量的精子染色体碎片。 （2）UV射线 UV射线 • 安全、廉价、易得，但穿透力弱。 • 主要作用在DNA形成胸腺嘧啶二聚体,使两链见氢键减弱，使DNA结构局 主要作用在DNA形成胸腺嘧啶二聚体,使两链见氢键减弱，使DNA结构局 部变形,从而阻碍DNA 部变形,从而阻碍DNA 的正常复制和转录。 • DNA可能在光复活酶的光复活作用下所修复 DNA可能在光复活酶的光复活作用下所修复 2.化学药品处理 2.化学药品处理 •甲苯胺蓝(Toludine blue) 、乙烯脲( Ethylenewea) 、二甲基硫酸盐 甲苯胺蓝(Toludine 、乙烯脲( (Dimethylsulfate) 以及丫啶黄(Trypaflavine)和噻嗪(Thiazine)等 以及丫啶黄(Trypaflavine)和噻嗪(Thiazine)等 • 处理浓度、处理时间有待进一步研究
第四节 异精效应
1983 年蒋一珪等在进行以方正银鲫为 母本、兴国红鲤为父本的属间“杂交” 母本、兴国红鲤为父本的属间“杂交”时,发 现 异源精子不仅能刺激银鲫卵的发育, 异源精子不仅能刺激银鲫卵的发育,而且还能 影响子代的某些性状, 影响子代的某些性状,如对子代的生长、体色 和同工酶等都产生了影响, 和同工酶等都产生了影响,他们把这种现象称 为“异精生物学效应”. 异精生物学效应”
3.2.2天然雌核发育在水产养殖上的应用 3.2.2天然雌核发育在水产养殖上的应用
异育银鲫（allogynogenetic silver crucian carp） carp） • a.异育银鲫的产生 a.异育银鲫的产生 • b.异精雌核发育理论解释 b.异精雌核发育理论解释
异源精核可能与银鲫之间发生了极为有限的遗传物质交 流，即在整体异源精核DNA分子因受卵核进行雌核发育排斥 流，即在整体异源精核DNA分子因受卵核进行雌核发育排斥 的情况下，也许可能发生DNA杂交。 的情况下，也许可能发生DNA杂交。 故红鲤精子与雌核发育银鲫乱人工授精发育的子代中， 精核影响了子代的某些形状，如生长和体色等 • c.异精效应的分子遗传学证据 • d.异育银鲫的推广应用
银鲫：雌核发育受精状态下，卵质中促进精核核膜 解体的功能异常，从而不能像正常受精那样融合，也就 不能发育为雄性原核。（楼允东，1999） 不能发育为雄性原核。（楼允东，1999） 草鱼：精核在卵内主要有两种变化，始终保持固缩 状态；形成雄性原核。（邓岳松，1998） 状态；形成雄性原核。（邓岳松，1998） 中国对虾：精核有原核化和迁移运动现象，但没有 融合。（蔡难儿，1995） 融合。（蔡难儿，1995） 太平洋牡蛎和皱纹盘鲍：形成雄性原核，但不形成 染色体而是形成致密的染色质小体。（Li等，2000） 染色体而是形成致密的染色质小体。（Li等，2000）
2.3.2卵子染色体的二倍体化。 2.3.2卵子染色体的二倍体化。
人工诱发二倍体雌核发育的方法与诱发多倍体的方 法基本相同。不同的是：前者用的是经辐射处理的失活 精子激活卵子，而后者用的是正常精子受精的卵子。 诱导原理：鱼类产出的成熟卵子一般处于第二次减 数分裂中期，第一极体在卵子产出前已排出，因而只能 通过抑制第二极体或第一次卵裂两种方法产生雌核发育 二倍体。与鱼类不同，海产贝类排出的成熟卵子一般停 留在第一次减数分裂的前期和中期，只有在受精或经激 活后卵子才能第一次减数分裂和第二次减数分裂，释放 第一、第二极体，然后进入有丝分裂，即卵裂。因此贝 类雌核发育二倍体的人工诱导可以通过抑制第一极体、 第二极体释放或第一次卵裂3 第二极体释放或第一次卵裂3种方法 。
3.2 雌核发育在水产养殖上的应用
3.2.1 雌核发育在水产养殖上的应用 1）性别控制——产生单性种群 ）性别控制——产生单性种群 • a.控制自然生境中的鱼类繁殖 eg.草鱼 a.控制自然生境中的鱼类繁殖 eg.草鱼 • b.利用鱼类雌雄鱼生长速度不同，例如雌鲤生长比雄鲤高 b.利用鱼类雌雄鱼生长速度不同，例如雌鲤生长比雄鲤高 15-25%，故可通过单性养殖提高产量。 15-25%，故可通过单性养殖提高产量。 2）快速建立纯系(自交系) ）快速建立纯系(自交系) 纯系建立一般方法：连续近亲交配，至少要经过8-10代 纯系建立一般方法：连续近亲交配，至少要经过8 10代 全 同胞交配。 雌核发育：后裔基因组来源于母本，纯属母系遗传，是 高 度纯合子，任何鱼类只需经过1 度纯合子，任何鱼类只需经过1代人工雌核发育，其子一代 就可作为初步纯合亲体用于育种实践。
• 视泡期胚胎脑部形态观察
人工雌核发育单倍体胚胎（与失活精子人工授精）脑部呈S 人工雌核发育单倍体胚胎（与失活精子人工授精）脑部呈S 形畸形，而天然雌核发育及人工雌核发育二倍体胚胎脑部正 常。 • 红细胞大小 方正银鲫红细胞及核的长径、短径、面积、体积均大于二倍 体野鲫，即二倍体与三倍体的核体积和面积各达到了预定的比 例1：1.5和1：1.3 1.5和 • 肝脏及肝细胞的大小 方正银鲫的整个肝脏几乎覆盖整个肠管，重量约重体重的6 方正银鲫的整个肝脏几乎覆盖整个肠管，重量约重体重的67%，胞质稀疏；鲫的肝脏分布肠管之间，胞质浓，方正银鲫肝 7%，胞质稀疏；鲫的肝脏分布肠管之间，胞质浓，方正银鲫肝 重为鲫的二倍 • 体细胞染色体计数 天然雌核发育鲫鱼染色体数目基本为150 天然雌核发育鲫鱼染色体数目基本为150 • 侧线鳞数目 鲫侧线鳞片数小于30；银鲫侧线鳞大于30 鲫侧线鳞片数小于30；银鲫侧线鳞大于30
天然雌核发育与异精效应
• 第一节 雌核发育及特点 • 第二节 雌核发育的二倍体化 • 第三节 雌核发育二倍体的鉴定与应用 • 第四节 异精效应
第一节 雌核发育及特点
1.1概念
雌核发育（gynogenesis）是指卵子在精 子的刺激下，依靠自身的细胞核发育成个体 的一种有性生殖方式。 人工雌核发育（artificial gynogenesis）用 遗传失活的精子激活卵子的发育，精子不参 与合子核的形成，卵子紧靠雌核发育成胚的 现象。
人工诱发二倍体雌核发育的方法包括物理（温度与静水压）、 化学和生物（杂交）的三种。 1.物理方法：温度休克；静水压； 1.物理方法：温度休克；静水压； 2.化学药物：秋水仙素，CB，6－DMAP等 2.化学药物：秋水仙素，CB， DMAP等 3.远缘杂交 3.远缘杂交 4、杂交:种间杂交的某些组合可以产生雌核发 、杂交: 育后代。据研究，种间杂交诱发雌核发育的机制是异质精子 穿入卵内，精核不参与发育，但是近侧中心粒向卵子提供了 精子星体，从而提供了雌核发育所必需的双星光，使个体得 以进行。如：鲽和拟庸鲽；川鲽和拟庸鲽；草和鲤马氏珠母 贝和大珠母贝及长耳珠母贝栉孔扇贝、虾夷扇贝正反交。 迄今已获得人工雌核发育二倍体的鱼类多达30种以上 迄今已获得人工雌核发育二倍体的鱼类多达30种以上
第三节 天然雌核发育二倍体的鉴定与应用
3.1天然雌核发育鱼类的鉴别（方正银鲫） 3.1天然雌核发育鱼类的鉴别 天然雌核发育鱼类的鉴别（方正银鲫） • 人工繁殖：用正常鲤鱼精子与排出的成熟卵作人工 授精，子代不具吻端须 • 辐射精子人工繁殖：遗传失活鲤鱼精子作人工授 精，发育的胚胎不出现单倍体综合症，孵出仔鱼正 常。 • 人工授精卵的细胞学观察 A：人工授精卵切片光镜观察（精核始终保持密致 状态） B：囊胚细胞压片镜检（检测染色体数目）
2.3 人工诱发雌核发育
目前，人工诱发雌核发育都要经过两个主 要步骤： 一是精子染色体的失活（诱发卵子雌核发 育）； 二是卵子染色体体的二倍体化。
2.3.1 精子染色体的遗传失活
精子染色体的遗传失活是人工诱导雌核发育的关键技术，目前 所采用的方法一般包括γ 所采用的方法一般包括γ、X射线、UV射线、化学试剂、杂交诱 射线、UV射线、化学试剂、杂交诱 导。
2.1雌核发育的细胞学原理 2.1雌核发育的细胞学原理 主要包括卵子发生和成熟卵的受精生物 学两部分。 卵子发生：涉及雌核发育子代如何保持 倍性（即保持染色体数目）， 成熟卵的受精生物学：要了解同源或异 源精子进入雌核发育卵后父本染色体在合子 中的命运。
正常卵子的形成：鱼类产出的成熟卵子一般处 于第二次减数分裂中期；与鱼类不同，海产贝类排 出的成熟卵子一般停留在第一次减数分裂的前期和 中期，只有在受精或经激活后卵子才能第一次减数 分裂和第二次减数分裂，释放第一、第二极体，然 后进入有丝分裂，即卵裂。 根据卵子染色体加倍的时期不同，雌核发育二 倍体划分为3 倍体划分为3种类型：第一极体抑制型、第二极体抑 制型和卵裂抑制型。因此鱼类的雌核发育二倍体只 有第二极体抑制型和卵裂抑制型，贝类雌核发育二 倍体有3 倍体有3种类型。
2.2天然雌核发育鱼类的染色体组成 2.2天然雌核发育鱼类的染色体组成
天然雌核发育鱼类的染色体组成具有 某些共同特点，除了偶尔产生三倍体亚马 逊花鳉、克氏美洲银汉鱼、德国和日本的 一种银鲫为2倍体（2n=100）以及日本的 一种银鲫为2倍体（2n=100）以及日本的 四倍体关东系银鲫外，一般为三倍体。
与一般两性生殖物种的单倍体卵子不同，雌核发 育种类产生的卵子的染色体数目仍与体细胞的染色体 数目相同。当精子进入卵子后，仅起激活作用，不发 生原核化，不与雌性原核融合，因而是一种无融合的 繁殖方式，所产生的后代完全与母本相似。自然界中， 营天然雌核发育的动物种类很少，其中最著名的例子 是银鲫。
1.2雌核发育的特点 1.2雌核发育的特点
在异精雌核发育淇鲫胚胎发育过程中同工酶分析实验
实验结果表明, 实验结果表明,同源精子与异源精子激发的雌核发育淇鲫胚 胎发育过程中有3 种同工酶表达存在着明显的差异:LDH 胎发育过程中有3 种同工酶表达存在着明显的差异:LDH 乳酸脱氢酶） （乳酸脱氢酶） 的差异表现在异源精子激发的胚胎在原 肠中期到肌肉收缩期比同源精子多出2 条带(LDH9 肠中期到肌肉收缩期比同源精子多出2 条带(LDH9 和 LDH10) . MDH（苹果酸脱氢酶） 的差异性有两点,同源精 MDH（苹果酸脱氢酶） 的差异性有两点, 子激发的胚胎中,MDH6 表达至心搏期后消失, 子激发的胚胎中,MDH6 表达至心搏期后消失,但异源精子 激发的胚胎中,MDH6 持续表达至孵出期; 激发的胚胎中,MDH6 持续表达至孵出期;从心搏期到孵出 期,异源精子激发的胚胎比同源精子激发的胚胎多出2 条带 异源精子激发的胚胎比同源精子激发的胚胎多出2 MDH4 和MDH5. POD（过氧化物酶）同工酶差异表现在 POD（过氧化物酶） 异源精子激发的胚胎比同源精子激发的胚胎多出POD1 异源精子激发的胚胎比同源精子激发的胚胎多出POD1 和 POD2 两条酶带这些差异说明同源精子与异源精子对子代 的遗传贡献是有区别的, 的遗传贡献是有区别的,异育淇鲫在胚胎发育过程中异源精 子的遗传物质参与其遗传。