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第二章生殖细胞发生线虫、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。动物的生活史包括生殖细胞的发生、受精、胚胎发育及幼体到成体的形成。发育又分为胚前发育、胚胎发育、胚后发育。胚前发育主要是指生殖细胞发生和形成的过程。胚胎发育是指自卵受精开始经卵裂、囊胚、原肠、胚层分化、组织器官发生直至幼体形成。胚后发育为幼体形成后的生长发育过程。发育分为二种类型：直接发育：有的动物幼体出生后，除生殖器官尚未发育成熟外，其形态与成体大致相同，可逐渐直接发育成为成体，这种发育称为直接发育。即无幼虫期。间接发育：幼体与成体有着明显的差异，生活习性和形态结构与成体不同，需经过一段体制上发生很大变化的时期，才可发育成为成体，此称间接发育。有幼虫期。其幼体到成体的变化过程称为变态。动物的发育从亲代生殖干细胞的决定、分化就开始了。不同的动物具有不同的繁殖方式，主要可以分为二种类型：无性生殖有性生殖无性生殖：亲体不通过两性细胞的结合而产生后代个体的生殖方式。从本质上讲，是由体细胞进行的繁殖就是无性生殖。无性生殖主要有以下几种方式：1、分裂生殖分裂生殖又叫裂殖，是生物由一个母体分裂出新子体的生殖方式。例如，草履虫、变形虫、细菌都是进行分裂生殖的。2、出芽生殖出芽生殖又叫芽殖，是由母体在一定的部位生出芽体的生殖方式。酵母菌和水螅(环境恶劣时水螅也进行有性生殖。)常常进行出芽生殖。3、孢子生殖有的生物，身体长成以后能够产生一种细胞，这种细胞不经过两两结合，就可以直接形成新个体。这种细胞叫做孢子，这种生殖方式叫做孢子生殖。一般的低等植物和真菌都是这种生殖方式。如铁线蕨、青霉、曲霉4、营养生殖由植物体的营养器官（根、叶、茎）产生出新个体的生殖方式，叫做营养生殖。例如，马铃薯的块茎都能够形成新的个体。5、组织培养6.克隆有性生殖是动物的基本繁殖方式，有性生殖现象十分复杂，它是由一系列发育和生理过程组合完成。包括生殖干细胞的决定与分化、生殖腺体的发育、性别的决定、副性特征的建立、青春发育和生殖周期等等。生殖干细胞(Gsc)的功能是不断分化产生配子细胞，在动物的胚胎发育中存在一个生殖干细胞的决定过程，严格地说它也是子代个体发育的开端。第一，尽管形式不尽相同，动物特别是高等动物的生殖干细胞的决定都发生在胚胎发育早期的特定部位。第二，决定了的生殖干细胞需要在生殖腺中才能完成向成熟配子的发育，高等动物普遍存在生殖干细胞向生殖腺发生部位迁移的现象。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。一.生殖质与生殖细胞的分化二.原始生殖细胞的迁移一、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（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。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，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、原生殖细胞的形成及其迁移有较大的差异。以线虫、果蝇等为例作一介绍。1.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。P颗粒在受精过程和第一次卵裂过程中的不对称定位图受精后P颗粒的胞质定位A、Darpi染色，显示细胞核的位置，图中A为未来胚体的前端，P为后端，a图中显示了融合前的精核心与卵核，b图中显示原核融合．c图为2细胞期，d图为26细胞期B、P颗粒特异染色，显示P颗粒在细胞质中的定位．其中；受精初期卵原核在前端．精原核在后端，P颗粒分布在整个受精卵的胞质中；原核融合，P颗粒集中到细胞的后端；2细胞期．P颗粒分布在后端细胞中，26细胞期，全部P颗粒都在P4细胞中。(L.Wolpert)26细胞期时全部P颗粒都在P4细胞中作一总结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小细胞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2.果蝇的极质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。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（poleplasm）颗粒，其内含有蛋白质和多种RNA。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（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。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。果蝇P颗粒由蛋白质和RNA成分组成。其成分有多种基因的mRNA和蛋白，它们在卵泡细胞中被激活，产物进入发育卵细胞之中，这些基因的突变将干扰P颗粒成分的正确定位，从而阻止生殖干细胞的发生或者它们的迁移并同时出现腹部的不正常发育(图2．1．5)有些母体效应基因（maternaleffectgene）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。决定果蝇原始生殖细胞的命运的其他基因1.gcl(germcell-less):gcl基因在卵的生成过程中由滋养细胞转录，进入卵细胞以后迁移定位在未来发生生殖干细胞的部位并开始翻译产生蛋白质，gcl编码的蛋白进入极细胞核中，突变使这一蛋白失去表达则不再发生极细胞。缺失该基因导致果蝇无生殖细胞。对一个雌性个体gcl基因的敲除得到的结果是它可以正常产生子代，但是子代将是不育的，因为在子代的发育中不能生成新的生殖干细胞，即如此突变的雌性个体不可能有孙代出现。果蝇gcl基因产物定位于受精卵和早期胚胎的后端。2.另外在果蝇的极质中还发现了一些可能参与PGC形成的基因产物，如:nanos基因、线粒体大核糖体RNA(mtlrRNA,mitochondriallargeribosomalRNA)以及极粒成分（polargranulecomponent,pgc）的非翻译RNA等。nanosmRNA，这是一个影响果蝇腹部分化发育的基因，但是nanosmRNA的缺失同时带来了生殖干细胞向生殖腺迁移的失败，最终导致生殖细胞的缺失线粒体大核糖体RNA实验表明，用紫外线照射极细胞破坏其中的RNA成分，之后注射给予线粒体大核糖体RNAI可以恢复极细胞的发生。研究发现，与其他细胞不同，在极细胞胞质中，存在有游离于线粒体之外的线粒体大核糖体RNA成分。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（图2.1.7），并见到后期富含这种成分的生殖干细胞前体细胞的形成。（图2.1.8）爪蟾的生殖质图2.1.7两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）蛙受精的合子中生殖质成分（种质）靠近植物极。桑椹胚内胚层区里含有种质成分的细胞的有丝分裂。在原肠胚形成启动时，靠近囊胚腔底面的原始生殖细胞。4.爬行类和鸟类爬行类和鸟类的PGCs的发生定位在胚体与胚外器官交界的称为生殖新月区的部位(图2．1．10)。5.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。二、原始生殖细胞的迁移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。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。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。3.鸟类和爬行类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。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。4.哺乳动物生殖细胞的迁移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。C.小鼠胚胎后肠里大的原始生殖细胞，示碱性磷酸酶的表达。D.原始生殖细胞沿背肠系膜迁移并进入生殖嵴中。在7d的鼠胚中大约有8个大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，PGc3积聚于尿囊并开始迁移到邻近的卵黄囊之中。随后，PGCs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。这时的PGCs也由迁移开始的大约10—100个细胞分裂增殖到大约2500一5000个。与爪蟾类似，哺乳动物PGCs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PGCs