第二章生殖干细胞

• 第三次分裂时，动物极细胞沿子午线分裂 而植物极细胞仍沿赤道板分裂。然而第三 次卵裂之前，靠近动物极的那个植物分裂 球在分裂后期同样要进行染色体消减，故 4细胞期唯有最植物极那个细胞才具有完 整的染色体组。
• 经过4次卵裂形成16个细胞后，其中仅2个 细胞保持4条染色体完整，将成为生殖干 细胞；其余细胞均含有消减染色体，便成 为建立者细胞，朝体细胞的方向分化发育。
• 原始生殖细胞独立于性腺原基产生， 但必须迁入性腺后才能完成增殖、 生长和成熟等发育阶段。
2.1.1原始生殖细胞的起源与决定
• 动物卵裂有多种方式和类型，因种类不同 而存在明显的差异。然而，无论采用哪种 卵裂方式，通过细胞不断分裂和增殖最终 将导致细胞之间的分化，首先是原始生殖 细胞从胚细胞中分化出来。
• 在卵裂早期，每一次不对称分裂产生一个 建立者细胞(Founder cell)和一个干细胞 (stem cell)。前者将朝被决定的方向产生分 化的细胞后代(体细胞或生殖细胞)，后者则 继续通过不对称分裂形成新的建立者细胞 和干细胞。
• 这些建立者细胞是由卵子内的发育决定因 子预先决定的，其子细胞将按既定的发育 程序进行自主发育，不受环境变化的影响。
• 经过多次卵裂之后，凡获得含极叶细胞质的子细 胞将分化成原始的生殖细胞，而不含极叶细胞质 的子细胞将朝体细胞的方向分化。
• 通过角贝卵裂过程中极叶的形态变化可以直接跟 踪观察和证明不对称细胞分裂与原始生殖细胞起 源之间的因果关系。
2.1.1.2染色体消减
• 马蛔虫(Parascaris equorum) 2n=4，是染色体数 最少的一种多细胞动物。虽同为线虫，但马蛔虫 原始生殖细胞的发生走的是另一条不同的途径。
• 关于极质的研究，近期主要集中于果蝇。 果蝇的原始生殖细胞称为极细胞(Pole cell)， 由数个细胞核迁移至卵后端极质内然后细 胞化而成，是胚胎中最早分化形成的细胞。 这些极细胞形成时，将极质内的极粒包裹 于内。
• 极粒含蛋白质和RNA，包括生殖细胞决定 因子。这些决定因子是母体效应基因的产 物，如oskar基因的表达产物OSKAR蛋白 等。
2.1.1.3极质、极粒与生殖细胞决定
• 昆虫卵子后端的极细胞质与生殖细胞决定 相关的现象最早由Hegner(1911)报道，他 发现极细胞形成之前，若除去或毁坏甲虫 卵的极细胞质区，胚胎发育就不能形成生 殖细胞而导致成虫不育。
• Geigy(1931)证明，用UV照射果蝇卵的极细 胞质则产生不育的果蝇。
• 角贝的受精卵在第一次卵裂前期，于植物极伸出 一个突起的泡状结构，称为极叶(Polar lobe)。第 一次卵裂完成后，一个子细胞得到全部极叶的细 胞质，另一个子细胞则不含极叶成分。第二次卵 裂前期，含极叶的那个子细胞像第一次卵裂一样 又产生两个不同的子细胞，而不含极叶的子细胞 同样进行第二次卵裂。
• 1904年， T.Boveri发现马蛔虫第二次卵裂前中期， 动物极分裂球的染色体碎裂成断片且大多丢失， 原来的染色体仅一部分保留下来。这种现象称染 色体消减(Chromosome diminution)。这些细胞 因此丢失了许多基因(Tobler et al., 1972)。与此 同时，植物极分裂球的染色体却保持完整。
• 若将OSKAR注射到卵子前端下方，可诱导 极细胞在胚前端异位发生(Ectopic) ，但前 端产生的极细胞不能进入生殖腺。
• 由此可见，合胞期的胚核是全能的，能分 化成任何类型的细胞。达到后极的无论是 哪些核，都是最早形成的细胞，并与极质 相结合变成配子的前体。
2.1.1.4 极粒的主要成分与母体效应基因
• 果蝇极质的成份之一是无生殖细胞基因 (germ cell-less, gcl)的mRNA。
• 野生型gcl基因在成蝇卵巢中的滋养细胞内转录， 其mRNA被输送进卵子的最后部，成为极质的一 部分,并于卵裂早期翻译成蛋白质。相反，纯合 突变♀蝇(gcl-gcl-)所产的卵子和胚胎中则检测不 到该基因的产物。
• Okada和同事(1974)将供体正常的未经辐 射的极质注射到辐射过的受体卵的后端， 结果能挽救果蝇的不育性。该项研究还表 明，极质以其内含有颗粒状结构为特征， 这些颗粒称为极粒或P颗粒(Polar granules)，而其它部位的细胞质则没有极 粒，也不具有逆转其不育性的功能。
• 由此可见，极质内的P颗粒直接与生殖细 胞决定相关联。
第二章 配子发生与发育前的准备
•在多细胞生物的胚胎发育过程中，原始生 殖细胞是最 早分化出来的一群细胞，即生殖干细胞(germ stem cells)。这群细胞的出现，在多种动物中已证明与卵子 内生殖质(germ plasm)的分布密切相关。由于在线虫、 昆虫等生物的卵细胞内，其生殖质位于卵子的后极， 故又称极细胞质或极质(pole plasm)，已于80多种动物 (8个门)中发现了类生殖质成分的存在。
• 生殖质由RNA和蛋白质组成，均为 母体效应基因转录或翻译的产物。
• 在卵子发生过程中，不同生物的母 体效应基因以多种方式被激活并进 行高效表达，将大量产物储藏在卵 母细胞内，为受精后迅速启动胚胎 发育做了充分的物质准备。
2.1 配子发生
• 配子发生涉及到原始生殖细胞起源 的方式、途径，参与调控、决定的 有关基因。
• 不对称细胞分裂能使所产生的两个子细胞 出现发育途径的分歧；
• 部分卵裂球内发生染色体消减而另一部分 则保持完整会直接导致体细胞与种系部差异分布对原始生殖细胞的形成 具决定作用。
2.1.1.1不对称细胞分裂与生殖细胞的起源
• 在某些动物的受精卵中，母体效应基因的 产物如RNA和蛋白质所组成的RNP颗粒等 发育决定因子呈不均匀的区域分布。当卵 裂时，这些决定因子被不均等地分配到子 细胞中，导致两个细胞具有不同的发育潜 能并朝着不同方向演变。这种细胞分裂方 式称为不对称细胞分裂(Asymmetrical cell division)。