《生殖干细胞》PPT课件.ppt

在多细胞生物的胚胎发育过程中，原始生在多细胞生物的胚胎发育过程中，原始生 殖细胞是最殖细胞是最早分化出来的一群细胞，即早分化出来的一群细胞，即生殖干细胞生殖干细胞(germ stem cells)。这群细胞的出现，在多种动物中已证明与卵子。这群细胞的出现，在多种动物中已证明与卵子内内生殖质生殖质(germ plasm)的分布密切相关。由于在线虫、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，故昆虫等生物的卵细胞内，其生殖质位于卵子的后极，故又称又称极细胞质极细胞质或或极质极质(pole plasm)，已于，已于80多种动物多种动物(8个门个门)中发现了类生殖质成分的存在。中发现了类生殖质成分的存在。第二章第二章 配子发生与发育前的准备配子发生与发育前的准备生殖质由生殖质由RNA和和蛋白质蛋白质组成，均为组成，均为母体效应基因母体效应基因转录或翻译的产物。转录或翻译的产物。在卵子发生过程中，不同生物的母在卵子发生过程中，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。发育做了充分的物质准备。2.1 配子发生配子发生 配子发生涉及到原始生殖细胞起源配子发生涉及到原始生殖细胞起源的方式、途径，参与调控、决定的的方式、途径，参与调控、决定的有关基因。有关基因。原始生殖细胞独立于性腺原基产生，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、但必须迁入性腺后才能完成增殖、生长和成熟等发育阶段。生长和成熟等发育阶段。原始生殖细胞的起源与决定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，将导致细胞之间的分化，首先是原始生殖首先是原始生殖细胞从胚细胞中分化出来细胞从胚细胞中分化出来。不对称细胞分裂不对称细胞分裂能使所产生的两个子细胞能使所产生的两个子细胞出现发育途径的分歧；出现发育途径的分歧；部分卵裂球内发生部分卵裂球内发生染色体消减染色体消减而另一部分而另一部分则保持完整会直接导致体细胞与种系细胞则保持完整会直接导致体细胞与种系细胞之间的分化；之间的分化；某些母体效应基因的转录、表达产物在卵某些母体效应基因的转录、表达产物在卵子内局部差异分布子内局部差异分布对原始生殖细胞的形成对原始生殖细胞的形成具决定作用。具决定作用。不对称细胞分裂与生殖细胞的起源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，母体效应基因的在某些动物的受精卵中，母体效应基因的产物如产物如RNA和蛋白质所组成的和蛋白质所组成的RNP颗粒等颗粒等发育发育决定因子决定因子呈不均匀的区域分布。当卵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。这种细胞分裂方能并朝着不同方向演变。这种细胞分裂方式称为式称为不对称细胞分裂不对称细胞分裂(Asymmetrical cell division)。在卵裂早期，每一次不对称分裂产生一个在卵裂早期，每一次不对称分裂产生一个建立者细胞建立者细胞(Founder cell)和一个和一个干细胞干细胞(stem cell)。前者将朝被决定的方向产生分。前者将朝被决定的方向产生分化的细胞后代化的细胞后代(体细胞或生殖细胞体细胞或生殖细胞)，后者则，后者则继续通过不对称分裂形成新的建立者细胞继续通过不对称分裂形成新的建立者细胞和干细胞。和干细胞。这些建立者细胞是由卵子内的发育决定因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。程序进行自主发育，不受环境变化的影响。角贝的受精卵角贝的受精卵在第一次卵裂前期，于植物极伸出在第一次卵裂前期，于植物极伸出一个突起的泡状结构，称为一个突起的泡状结构，称为极叶极叶(Polar lobe)。第。第一次卵裂完成后，一个子细胞得到全部极叶的细一次卵裂完成后，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。同样进行第二次卵裂。经过多次卵裂之后，凡获得含极叶细胞质的子细经过多次卵裂之后，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。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。源之间的因果关系。染色体消减染色体消减马蛔虫马蛔虫(Parascaris equorum)2n=4，是染色体数，是染色体数最少的一种多细胞动物。虽同为线虫，但马蛔虫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。原始生殖细胞的发生走的是另一条不同的途径。1904年，年，T.Boveri发现马蛔虫第二次卵裂前中期，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，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。这种现象称原来的染色体仅一部分保留下来。这种现象称染染色体消减色体消减(Chromosome diminution)。这些细胞。这些细胞因此丢失了许多基因因此丢失了许多基因(Tobler et al.,1972)。与此。与此同时，植物极分裂球的染色体却保持完整。同时，植物极分裂球的染色体却保持完整。第三次分裂时，动物极细胞沿子午线分裂第三次分裂时，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细胞期唯有最植物极那个细胞才具有完整的染色体组。整的染色体组。经过经过4次卵裂形成次卵裂形成16个细胞后，其中仅个细胞后，其中仅2个个细胞保持细胞保持4条染色体完整，将成为生殖干条染色体完整，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。为建立者细胞，朝体细胞的方向分化发育。极质、极粒与生殖细胞决定极质、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相关的现象最早由Hegner(1911)报道，他发报道，他发现极细胞形成之前，若现极细胞形成之前，若除去或毁坏甲虫卵除去或毁坏甲虫卵的极细胞质区的极细胞质区，胚胎发育就不能形成生殖，胚胎发育就不能形成生殖细胞而导致细胞而导致成虫不育成虫不育。Geigy(1931)证明，用证明，用UV照射果蝇卵的极细照射果蝇卵的极细胞质则产生不育的果蝇。胞质则产生不育的果蝇。Okada和同事和同事(1974)将供体正常的未经辐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，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，明，极质以其内含有颗粒状结构为特征，这些颗粒称为这些颗粒称为极粒极粒或或P颗粒颗粒(Polar granules)，而其它部位的细胞质则没有极，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。粒，也不具有逆转其不育性的功能。由此可见，极质内的由此可见，极质内的P颗粒直接与生殖细颗粒直接与生殖细胞决定相关联。胞决定相关联。关于极质的研究，近期主要集中于果蝇。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果蝇的原始生殖细胞称为极细胞极细胞(Pole cell)，由数个细胞核迁移至卵后端极质内然后，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，将极质内的极粒胞。这些极细胞形成时，将极质内的极粒包裹于内。包裹于内。极粒含蛋白质和极粒含蛋白质和RNA，包括，包括生殖细胞决定生殖细胞决定因子因子。这些决定因子是。这些决定因子是母体效应基因的产母体效应基因的产物物，如，如oskar基因的表达产物基因的表达产物OSKAR蛋白蛋白等。等。若将若将OSKAR注射到卵子前端下方，可诱导注射到卵子前端下方，可诱导极细胞在胚前端极细胞在胚前端异位发生异位发生(Ectopic)，但前，但前端产生的极细胞不能进入生殖腺。端产生的极细胞不能进入生殖腺。由此可见，由此可见，合胞期的胚核是全能的合胞期的胚核是全能的，能分，能分化成任何类型的细胞。达到后极的无论是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。相结合变成配子的前体。果蝇极质的成份之一是果蝇极质的成份之一是无生殖细胞基因无生殖细胞基因(germ cell-less,gcl)的的mRNA。野生型野生型gcl基因在成蝇卵巢中的滋养细胞内转录，基因在成蝇卵巢中的滋养细胞内转录，其其mRNA被输送进卵子的最后部，成为极质的一被输送进卵子的最后部，成为极质的一部分部分,并于卵裂早期翻译成蛋白质。相反，纯合并于卵裂早期翻译成蛋白质。相反，纯合突变突变蝇蝇(gcl-gcl-)所产的卵子和胚胎中则检测不所产的卵子和胚胎中则检测不到该基因的产物。到该基因的产物。跟踪观察表明，跟踪观察表明，gcl编码的蛋白质编码的蛋白质进入了细胞核进入了细胞核内，内，它对于极细胞的产生至为关键。当把它对于极细胞的产生至为关键。当把gcl信使的信使的反义反义RNA导入胚内时，同样会失去产生生殖细胞导入胚内时，同样会失去产生生殖细胞的能力。的能力。2.1.1.4 2.1.1.4 极粒的主要成分与母体效应基因极粒的主要成分与母体效应基因极质成份的第二组候选者是极质成份的第二组候选者是oskar和和nanos等等基因的产物，其中基因的产物，其中OSKAR蛋白最关键，因蛋白最关键，因为将为将oskar mRNA注射到胚胎的其它部位就注射到胚胎的其它部位就会导致该区域的细胞核形成异位的原始生会导致该区域的细胞核形成异位的原始生殖细胞。殖细胞。OSKAR还与生殖细胞产生的还与生殖细胞产生的数量数量有关，如有关，如果卵母细胞内的果卵母细胞内的oskar mRNA增加就会形成增加就会形成更多的生殖细胞更多的生殖细胞(Ephrussi and Lehmann 1992)。OSKAR通过促成生殖细胞形成所必须的蛋通过促成生殖细胞形成所必须的蛋白质和白质和RNAs的的定位定位而发挥作用，而发挥作用，nanos mRNA是受其作用的是受其作用的RNA之一。之一。NANOS是果蝇腹节形成所必需的，同时也是果蝇腹节形成所必需的，同时也是生殖细胞形成所必需的。没有是生殖细胞形成所必需的。没有NANOS的的极细胞不能极细胞不能迁移迁移进生殖腺，因而不能变成进生殖腺，因而不能变成配子。配子。第三个候选者是线粒体的第三个候选者是线粒体的核糖体核糖体RNA(Mitochondrial ribosomal RNA，mtrRNA)。应用辐射检测系统，应用辐射检测系统，Kobayashi和和Okada(1989)证明，证明，向被向被UV照射过的胚胎照射过的胚胎导入导入mtrRNA可以恢复该胚胎形成极细胞的可以恢复该胚胎形成极细胞的能力能力。在正常卵子内，在正常卵子内，mtrRNA仅位于卵裂期胚胎仅位于卵裂期胚胎极质内线粒体的外侧，以极质内线粒体的外侧，以极粒的成分出现极粒的成分出现。mtrRNA与与介导介导极细胞的形成有关，但后来极细胞的形成有关，但后来并没有进入极细胞内。并没有进入极细胞内。第四种极质成分是极粒组成部分但第四种极质成分是极粒组成部分但不翻译的一种不翻译的一种RNA(Polar granule component,pgc)。虽然。虽然pgc的确切功的确切功能尚不清楚，但其反义能尚不清楚，但其反义DNA的转基的转基因果蝇的因果蝇的极细胞不能迁进卵巢极细胞不能迁进卵巢(Nakamura et al.,1996)，可能与原，可能与原始生殖细胞向生殖嵴始生殖细胞向生殖嵴迁移迁移有关。有关。是什么指引是什么指引gcl mRNA、nanos mRNA和和mtrRNA等成分定位到卵子的后端呢？至等成分定位到卵子的后端呢？至少还发现另外有少还发现另外有6个基因发挥了作用，它个基因发挥了作用，它们的突变体不能形成生殖细胞，而且也很们的突变体不能形成生殖细胞，而且也很少形成腹节。少形成腹节。这些突变基因是这些突变基因是cappucino,spire,staufen,vasa,valois和和tuder。所有这些基因活跃于。所有这些基因活跃于卵巢并将其产物输送到生长着的卵母细胞卵巢并将其产物输送到生长着的卵母细胞内。内。极粒的极粒的装配由装配由oskar 信使组织信使组织，该，该mRNA的的数量和位置决定极细胞的数量和位置。来数量和位置决定极细胞的数量和位置。来自仅有自仅有1份份oskar拷贝的果蝇胚胎在细胞囊胚拷贝的果蝇胚胎在细胞囊胚期产生期产生10-15个极细胞，而双份拷贝的果蝇个极细胞，而双份拷贝的果蝇胚胎则可产生约胚胎则可产生约35个极细胞，个极细胞，4拷贝就会形拷贝就会形成约成约50个极细胞。个极细胞。Ephrussi和和Lehmann(1992)还证明，还证明，生殖细生殖细胞将在胞将在oskar mRNA定位的任何地方形成定位的任何地方形成。如果将如果将oskar mRNA移至胚胎的前端，极质移至胚胎的前端，极质及原始生殖细胞将在前端形成。及原始生殖细胞将在前端形成。OSKAR是是极粒骨架极粒骨架的主要组分，的主要组分，VASA和和TUDOR再附着到再附着到OSKAR上形成更复杂的上形成更复杂的空间结构并与生殖细胞决定子相结合空间结构并与生殖细胞决定子相结合(Breitwieser et al.1996)。gcl mRNA和和mtlrRNA在卵后部的定位在卵后部的定位能够能够被前述种基因及被前述种基因及oskar中的任何一种突变中的任何一种突变所消除。所消除。在在valois和和tudor突变体中，开始能发现少量突变体中，开始能发现少量gcl mRNA定位于早期胚胎的后端，但在卵定位于早期胚胎的后端，但在卵裂后期便消失了。裂后期便消失了。雌雄配子的发生过程雌雄配子的发生过程前已述及，原始生殖细胞在多细胞动物的胚胎发前已述及，原始生殖细胞在多细胞动物的胚胎发育过程中是最早分化出来的一群细胞。这些细胞育过程中是最早分化出来的一群细胞。这些细胞只有迁移进原始的生殖腺内继续发育才能成为成只有迁移进原始的生殖腺内继续发育才能成为成熟的配子。熟的配子。在脊椎动物胚胎发育早期，生殖嵴没有在脊椎动物胚胎发育早期，生殖嵴没有之分，之分，同时具发育为卵巢或睾丸两种潜能，迁移进来的同时具发育为卵巢或睾丸两种潜能，迁移进来的原始生殖细胞广泛分布于内部髓质和外部皮质。原始生殖细胞广泛分布于内部髓质和外部皮质。如果胚胎为如果胚胎为XY型，在主导基因型，在主导基因sry作用下，皮质作用下，皮质退化，其内的原始生殖细胞发生凋亡，而髓质分退化，其内的原始生殖细胞发生凋亡，而髓质分化为睾丸，其内的原始生殖细胞分化为化为睾丸，其内的原始生殖细胞分化为精原细胞精原细胞(spermatogonium)；若胚胎为若胚胎为XX型，没有型，没有Y染色体及染色体及sry，则髓质退，则髓质退化，其内的原始生殖细胞发生凋亡，而皮质发育化，其内的原始生殖细胞发生凋亡，而皮质发育为卵巢，其内的原始生殖细胞分化为为卵巢，其内的原始生殖细胞分化为卵原细胞卵原细胞(oogonium)。2.2 发育前的准备发育前的准备动物卵子受精之后，从卵裂至囊胚形成其细胞分裂速度动物卵子受精之后，从卵裂至囊胚形成其细胞分裂速度很快，细胞周期没有很快，细胞周期没有G1期和期和G2期，只有期，只有S期和期和M期。期。在此过程中，合子基因组几乎是不活动的，那么生长、在此过程中，合子基因组几乎是不活动的，那么生长、发育所需的发育所需的mRNA、rRNA、tRNA、各种酶类和蛋白质、各种酶类和蛋白质、卵磷酯蛋白和糖元等物质从何而来呢？卵磷酯蛋白和糖元等物质从何而来呢？原来，在卵子发生期间，原来，在卵子发生期间，母体效应基因母体效应基因起着十分关键的起着十分关键的作用，通过它们的转录和表达，在卵母细胞中积累、储作用，通过它们的转录和表达，在卵母细胞中积累、储藏了大量所需的各种物质，为启动早期发育做了充分的藏了大量所需的各种物质，为启动早期发育做了充分的准备。这种发育前的准备在所有动物中普遍存在，但具准备。这种发育前的准备在所有动物中普遍存在，但具体的方式和途径各有不同。体的方式和途径各有不同。灯刷染色体与灯刷染色体与RNA转录转录在某些动物卵子发生过程中，常可观察到在某些动物卵子发生过程中，常可观察到卵母细胞内的染色体状似灯刷，故名卵母细胞内的染色体状似灯刷，故名灯刷灯刷染色体染色体(lampbrush Chromosome)。在地中。在地中海伞藻海伞藻(Acetabularia metiterranea)也可观察也可观察到这一典型的结构，而在果蝇、玉米等到这一典型的结构，而在果蝇、玉米等配配子发生过程中则可看到非典型灯刷染色体子发生过程中则可看到非典型灯刷染色体的存在。的存在。灯刷染色体是灯刷染色体是双线期同源染色体开始分离双线期同源染色体开始分离的二价体的二价体，每个二价体由，每个二价体由4条染色单体组成，条染色单体组成，之间可见染色体交叉现象。之间可见染色体交叉现象。每一染色体由每一染色体由轴轴和和侧环侧环组成，两个相近大组成，两个相近大小的侧环从轴伸出，轴上有大小不等的染小的侧环从轴伸出，轴上有大小不等的染色粒，由浓缩的染色质构成。色粒，由浓缩的染色质构成。一个侧环平均约含一个侧环平均约含100kb DNA，每个环共，每个环共有有4个拷贝。蝾螈每组染色单体约含个拷贝。蝾螈每组染色单体约含5000个个侧环，每个卵母细胞核内共有侧环约侧环，每个卵母细胞核内共有侧环约20000个个(50004)。研究表明，灯刷染色体的侧环为去螺旋化研究表明，灯刷染色体的侧环为去螺旋化的的DNA双链，是双链，是RNA活跃转录的部位。每活跃转录的部位。每个侧环多为一个大的转录单元，但也有的个侧环多为一个大的转录单元，但也有的侧环包含几个转录单元。转录本的侧环包含几个转录单元。转录本的3端由端由RNA聚合酶固定在侧环上，聚合酶固定在侧环上，5端游离侧环端游离侧环并与蛋白质结合成核糖核蛋白复合物并与蛋白质结合成核糖核蛋白复合物(RNP)。合成后的合成后的RNP进入细胞质，使卵母细胞储进入细胞质，使卵母细胞储备大量各种所需的备大量各种所需的mRNA及其及其RNP，为受，为受精后启动早期胚胎发育作好准备。精后启动早期胚胎发育作好准备。核仁扩增与核仁扩增与rRNAs储备储备为了满足早期胚胎快速发育的需要，必须在短期为了满足早期胚胎快速发育的需要，必须在短期内合成大量的多种蛋白质。因此，不仅要提供大内合成大量的多种蛋白质。因此，不仅要提供大量的多种多样的量的多种多样的mRNA，还要有大量作为蛋白合，还要有大量作为蛋白合成工厂的成工厂的核糖体核糖体存在，包括大量存在，包括大量rRNAs。由于合子基因组在发育早期是不活动的，蛋白质由于合子基因组在发育早期是不活动的，蛋白质的合成完全依赖于母体效应基因储存在卵子细胞的合成完全依赖于母体效应基因储存在卵子细胞质内的转录和表达产物。下面我们来看看质内的转录和表达产物。下面我们来看看rRNAs在卵母细胞内是如何进行高效合成的。在卵母细胞内是如何进行高效合成的。真核生物共有真核生物共有4种种rDNA,分别编码分别编码18S、5.8S、28S和和5S rRNA。前。前3种依序相连在一起共同组成种依序相连在一起共同组成一个转录单元。因物种不同，每个基因组中有一个转录单元。因物种不同，每个基因组中有100-5000个个这种转录单元的重复序列，它们串联这种转录单元的重复序列，它们串联重复簇聚在单条染色体或少数几条染色体上，构重复簇聚在单条染色体或少数几条染色体上，构成单个或数个成单个或数个核仁组织者核仁组织者(nucleolar organizer,NOR)，参与间期核仁的形成。，参与间期核仁的形成。人人的基因组中有的基因组中有200个个rDNA转录单元，串联重复转录单元，串联重复簇聚在簇聚在5条条不同的染色体上；不同的染色体上；爪蟾爪蟾每个基因组中每个基因组中有有450个个重复单元，簇聚于重复单元，簇聚于1条条染色体上。这些染色体上。这些rDNA由由RNA聚合酶聚合酶专一进行转录，然后转录专一进行转录，然后转录本被剪接加工为本被剪接加工为18、5.8和和28S rRNAs。5S rRNA(120bp)的基因不定位于的基因不定位于核仁组织者核仁组织者内，内，其拷贝多达数千其拷贝多达数千(人人约为约为20004)至数万至数万(爪蟾爪蟾约为约为240004)，它们同样以串联重复的方式簇聚排列，它们同样以串联重复的方式簇聚排列在其它染色体上。在其它染色体上。5S rDNA由由RNA聚合酶聚合酶III转转录。录。尽管在卵母细胞中存在如此众多的包含尽管在卵母细胞中存在如此众多的包含3种种rDNAs(18S、5.8S和和28S)重复序列，但所合成的重复序列，但所合成的rRNAs仍难以满足早期胚胎发育的需要，某些生仍难以满足早期胚胎发育的需要，某些生物如软体动物、昆虫、鱼类和两栖类还必须通过物如软体动物、昆虫、鱼类和两栖类还必须通过额外的额外的rDNA扩增扩增(rDNA amplification),为为rRNAs的大量合成提供更多的模板。的大量合成提供更多的模板。滋养细胞与母体效应基因的活动滋养细胞与母体效应基因的活动 昆虫的卵母细胞内同样储备了大量物质供早期胚昆虫的卵母细胞内同样储备了大量物质供早期胚胎发育之需，但与上述情况不同的是，这些物质胎发育之需，但与上述情况不同的是，这些物质主要不是卵母细胞自主合成的，而是由主要不是卵母细胞自主合成的，而是由滋养细胞滋养细胞(Nurse cells)代劳完成，然后储藏到卵母细胞中。代劳完成，然后储藏到卵母细胞中。因此，这些动物的卵母细胞内不出现灯刷染色体，因此，这些动物的卵母细胞内不出现灯刷染色体，也没有核仁扩增现象。果蝇的研究表明，也没有核仁扩增现象。果蝇的研究表明，滋养细滋养细胞的基因组扩增了胞的基因组扩增了500-1000倍倍，由这些多倍体细，由这些多倍体细胞来保证所需物质的高效合成。胞来保证所需物质的高效合成。果蝇的卵原细胞位于卵巢管中，果蝇的卵原细胞位于卵巢管中，每个卵原细胞连每个卵原细胞连续进行续进行4次有丝分裂共产生次有丝分裂共产生16个子细胞个子细胞，只有中，只有中间的两个子细胞各与间的两个子细胞各与4个相邻姊妹细胞相联系。个相邻姊妹细胞相联系。这两个细胞中的一个便成为这两个细胞中的一个便成为卵母细胞卵母细胞，其它，其它15个个细胞则多倍化后成为细胞则多倍化后成为滋养细胞滋养细胞。滋养细胞合成大量滋养细胞合成大量RNAs和蛋白质，通过特殊的和蛋白质，通过特殊的通道输送、储藏在卵母细胞内，其胞体不断增大。通道输送、储藏在卵母细胞内，其胞体不断增大。这些产物中包括这些产物中包括bicoid,nanos,oskar等基因转录的等基因转录的mRNAs,bicoid mRNA位于卵子的前极，位于卵子的前极，nanos,oskar等的等的mRNAs位于后极，受精后表达位于后极，受精后表达形成由前到后或由后到前的形成由前到后或由后到前的成形素成形素(Morphogens)浓度梯度，以决定头胸部与腹部前后轴的极性。浓度梯度，以决定头胸部与腹部前后轴的极性。所谓所谓成形素成形素，特指某些可溶的能够扩散的物质，特指某些可溶的能够扩散的物质，它们以其分布的浓度梯度特化受影响细胞的分化它们以其分布的浓度梯度特化受影响细胞的分化途径。途径。此外，围绕卵母细胞的此外，围绕卵母细胞的滤泡细胞滤泡细胞(Follicle cells)也也会合成其它会合成其它RNA及卵磷脂蛋白等物质储存在卵母及卵磷脂蛋白等物质储存在卵母细胞内，供发育之需。细胞内，供发育之需。从上述讨论可知，一个新生命的诞生与成长，实从上述讨论可知，一个新生命的诞生与成长，实际上早在受精之前的卵母细胞以至卵子中，通过际上早在受精之前的卵母细胞以至卵子中，通过母体基因组的活动与表达，储备了早期发育的各母体基因组的活动与表达，储备了早期发育的各种必需物质，作了充分的准备。参与后代发育的种必需物质，作了充分的准备。参与后代发育的这些母体基因组的基因称为这些母体基因组的基因称为母体效应基因母体效应基因(Maternal effect genes)。2.3 亲缘印迹亲缘印迹除了上述母体效应基因为子代发育所做的各种物除了上述母体效应基因为子代发育所做的各种物质储备外，近年质储备外，近年在哺乳动物中还发现来自父亲和在哺乳动物中还发现来自父亲和母亲的两个基因组版本对子代发育的贡献各不相母亲的两个基因组版本对子代发育的贡献各不相同，且缺一不可，即是说正常的发育同时需要两同，且缺一不可，即是说正常的发育同时需要两个来源不同的基因组版本个来源不同的基因组版本。这种同一遗传结构因来源不同这种同一遗传结构因来源不同(父源或母源父源或母源)而表而表现出功能差异的现象称现出功能差异的现象称亲缘印迹亲缘印迹(Parental imprinting)或或基因组印迹基因组印迹(Genomic imprinting)。因基因组版本的改写发生于配子发生阶段，故将因基因组版本的改写发生于配子发生阶段，故将这一问题安排在本章讨论。这一问题安排在本章讨论。亲缘印迹的机理亲缘印迹的机理精子和卵子所携带的基因组版本是在配子发生时精子和卵子所携带的基因组版本是在配子发生时改写的，分别打上了父亲或母亲的印迹，因而两改写的，分别打上了父亲或母亲的印迹，因而两种版本具有不尽相同的功能。那么，这种亲缘印种版本具有不尽相同的功能。那么，这种亲缘印迹的实质是什么呢？迹的实质是什么呢？研究表明，它与研究表明，它与DNA尤其是基因的启动子及增强尤其是基因的启动子及增强子的子的甲基化程度甲基化程度存在密切的关系。在真核生物中，存在密切的关系。在真核生物中，当胞嘧啶与鸟嘌呤处在当胞嘧啶与鸟嘌呤处在DNA链上相邻的位置时，链上相邻的位置时，胞嘧啶往往被胞嘧啶往往被甲基转移酶甲基转移酶识别并加上一个甲基基识别并加上一个甲基基团后成为团后成为5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶,如如C*pG 或或 GpC*。除了。除了CpG外，外，CpT,CpA,CpC中的中的C也存在甲基化的现也存在甲基化的现象。象。DNA合成时，该甲基化模式可以通合成时，该甲基化模式可以通过甲基转移酶予以复制，使两个子过甲基转移酶予以复制，使两个子细胞获得相同甲基化的遗传组成。细胞获得相同甲基化的遗传组成。在哺乳动物中，大约在哺乳动物中，大约70%的的CpG或或GpC序列中的序列中的C被甲基化。一般而言，被甲基化。一般而言，基因的甲基化程度与该基因的转录基因的甲基化程度与该基因的转录活性成反比。活性成反比。在哺乳动物配子发生过程中，在哺乳动物配子发生过程中，C*多被去甲基化多被去甲基化还原为还原为C，然后再按自身的性别重新进行甲基化。，然后再按自身的性别重新进行甲基化。精子精子DNA的甲基化程度高于卵子，即使受精后各的甲基化程度高于卵子，即使受精后各自仍保持原样，导致父源和母源基因组版本的转自仍保持原样，导致父源和母源基因组版本的转录活性出现差异。录活性出现差异。因此，父源基因组和母源基因因此，父源基因组和母源基因组对后代性状的程序性控制并不总是一样的。组对后代性状的程序性控制并不总是一样的。因甲基化修饰程度不同所产生的功能性差异在胚因甲基化修饰程度不同所产生的功能性差异在胚外结构外结构(滋养层、胎盘滋养层、胎盘)和胚胎本体的发育中使和胚胎本体的发育中使两两个基因组版本发生了分工个基因组版本发生了分工，亦使同一遗传结构的，亦使同一遗传结构的缺陷因来源不同而表现出临床症状的差异。缺陷因来源不同而表现出临床症状的差异。