Developmental Biology
第七章 性别决定及生殖发育
Sex determination and
reproduction
Developmental Biology
公元前 335年,Aristotle指出性别决定于热 (heat)，当母亲子宫的
冷超过父亲的精热时子代发育为 female,female是发育不健全
的 men。
1600s/1700s,已认识到 female可以产生能够传递亲本性状的卵子。
19世纪末之前,人们认为温度、营养、年龄等环境因素决定了性
别。有利于能量和营养储存的因子将使一个人生产女婴，而
有利于能量和营养利用的因子则使人有男婴。
20世纪初,Mendel定律重新发现 (1900),McClung发现性染色体
(1902),Stevens和 Wilson在昆虫上发现了性染色体组成与性
别的关系 (male=XY or XO while female=XX)(1905),从而认
识到遗传物质在性别决定中起重要作用。
一、性别表现型的决定
Developmental Biology
(一 )、哺乳动物的性别决定
1,Primary sex determination:
指生殖腺发育为睾丸或卵巢的选择。胚胎生殖
腺 (gonad)的发育命运决定于其染色体组成,Y染
色体的存在使生殖腺的体细胞发育为 testis而非
ovary。
e.g.,基因型为 XXY的 Klinefelter综合症患者的
表型为 male,但不具生殖力；基因型为 XO的
Turner综合症患者为不能产卵的 female。
Developmental Biology
生殖嵴原基有两种发育方向：
Testis－ Ovary
Granulosa cells differentiated
from Cortical sex cords and
thecal cells derived from
mesenchymal cells form follicles
that envelop the germ cells.
Developmental Biology
Developmental Biology
哺乳动物性特征的发育机制
LHX9
Developmental Biology
睾丸决定基因为 Y染色体上的 SRY
(sex-determining region of the Y chromosome)
SRY是通过分析 XX的 men和 XY的 women的 DNA而发现的 (1990)。
它是一种编码 223 aa的转录因子，含有 HMG DNA结合区。
Developmental Biology
小鼠 Sry基因也存在于 Y染色体上，在未分化的生殖腺和
正在分化为睾丸的生殖腺中表达。转 Sry基因的 XX小鼠
可长出睾丸和雄性特征，但不能产生正常的精子。
Sry对睾丸发育的影响的实验证据
XY XX
Developmental BiologySry的 直 接作用模型,Sry直接 诱导 雄性生殖嵴特异性基因的表达。
Sry的间接作用模型,Sry诱导生殖嵴细胞合成某种因子 → 中肾细胞进入生
殖嵴 → 诱导生殖嵴表皮细胞转变为睾丸支柱细胞、并表达雄性特异性基因。
Developmental Biology
与睾丸命运决定有关的常染色体基因
Sox9,为含 HMG DNA结合区的转录因子。含一个额外的
SOX9的 XX human 将发育为 male; 而 75%的、只含一个有功能的
SOX9的 XY humans发育为 female或两性人。
小鼠的 Sox9只在雄性生殖嵴中表达，表达时间比 Sry约晚。
Sox9蛋白可与 Amh的启动子结合，促进 Amh的表达。
SF1(steroidogenic factor 1),为含 HMG DNA结合区的转录
因子。 Sf1在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表达，但分化开始后就局
限在 XY小鼠的正在发育的睾丸中。 SF1在睾丸支柱细胞中通过协助
Sox9而增强 AMH基因的表达 (see next slide);而在睾丸的间质细胞中，
它可激活睾丸酮合成酶基因。
Developmental Biology So
x
和SF
对Am
h
基
因
表
达
的
作
用
Developmental Biology
DAX1,它编码细胞核激
素受体,是 X染色体上的潜在的
卵巢决定基因 。 1980年首次发现
于 XY姊妹中,1994年克隆出基
因，其性别逆转是由于 2个拷贝
的 DAX1可以抑制 SRY的作用。
小鼠 Dax1在生殖嵴细胞中表
达，它可能是拮抗 Sry的活性而
下调 sf1的表达。
与 卵巢 命运决定有关的 X染色体基因
Developmental BiologyWNT4,是常染色体上的潜在的卵巢决定基因 。小鼠 Wnt 4在分化前
的 XX和 XY生殖嵴中都表达，其后只在 XX生殖腺中表达。
在 Wnt4-/-XX小鼠上，卵巢形成异常，其细胞表达 Amh和睾丸酮等睾丸
特异性标记。
Sry的作用可能是抑制生殖嵴中 Wnt4的表达和促进 Sf1的表达。
Developmental Biology
2,secondary sex determination:
指睾丸或卵巢形成后，由它们分泌的激素来影
响性器官的发育。
在出现睾丸的胚胎中,中肾旁管 (Mullerian
duct)退化，而中肾管 (Wolffian duct)分化为输精管、
附睾、精囊。
在出现卵巢的胚胎中,中肾管退化，中肾旁管
分化为输卵管、子宫等。
Developmental Biology
抗中肾旁管激素 (anti-Mullerian duct hormone,
AMH),由睾丸支柱细胞分泌的 560aa糖蛋白，其作用可能是诱导
中肾旁管周围的间质细胞分泌一种促凋亡因子，使中肾旁管退化。
cultured in the presence of fetal testis or sertoli cells.
Mullerian duct
Wolffian duct
Mullerian duct
Wolffian duct
Developmental Biology睾丸酮 (testosterone), 由睾丸间质细胞合成，其作用是
诱导中肾管分化为输精管、精囊、附睾。
该患者携带 SRY基因
testes
AMH Mullerian duct degeneration
uterus,oviduct
testosterone
No androgen receptor
输精管、精囊、附睾。
Developmental Biology二氢睾丸酮 (testosterone), 由睾丸酮转变而成，其作用
是控制外生殖器官的形成。缺少 5a-ketosteroid reductase 2的 XY个
体的外形像 female.
Developmental Biology
雌激素 (estrogen),
在 female胚胎中，雌激素由卵巢合成,它诱导
Mullerian duct分化为雌性器官。
在 male胚胎中，雌激素由肾上腺合成,它使中肾
旁管细胞吸收睾丸中的水分，有助于增加精子的寿命
和数量。
Developmental Biology
(二 )、果蝇的性别决定
1,果蝇的性别决定于 X染色体的数量,
X染色体上的性别决定基因叫分子基因 (numerator),而
常染色体上的性别决定基因叫分母基因 (denominator)。 二者
之比 ? 0.5时，个体将发育为雄性。
Developmental Biology
果蝇的雌雄嵌合体
Gynandromorph happens
when an X chromosome is
lost from one embryonic
nucleus.
Developmental Biology
控
制
果
蝇
雌
性
的
关
键
基
因
是sex
let
ha
l (s
xl)
higherlower
Developmental Biology
Developmental Biology Transformer1,果蝇性别决
定的中间基因。
Doublesex,缺失该基因的胚胎
的生殖原基 (雌雄相同 )发育产生雌
雄相间的生殖结构；雌性和雄性
特异性 dbx促进特异性性别基因的
表达 。
Developmental Biology
Developmental Biology
(三 )、线虫的性别决定
0.2% male progeny
50% male progeny
Developmental Biology
线虫的性别也决定于 X染色体与常染色体套数之比
该比例信号的接受者为 Xol-1(XO lethal)
(核蛋白 ) (分泌蛋白 ) (跨膜蛋白 ) (转录因子 )
Developmental Biology
线虫性别决定因子的作用机制
Developmental Biology
(四 ),X染色体基因的剂量补偿效应
不同性别个体的 X连锁基因的不平衡性通过不同的机制进行补偿
哺乳动物 X染色体的失活决定于 X chromosome inactivation center(XIC),该
中心含 Xist基因，其转录的 RNA定位于核中，启动 X染色体的失活程序。 证据：
在 XX细胞中，敲除 Xist的 X染色体不失活；将 Xist植入 XY胚胎干细胞的一条常
染色体上，该条常染色体或 X染色体将失活。
失活染色体的 H4未乙酰基化，但甲基化，它们与 Xist的关系尚不明。
transcripts
Developmental Biology
果蝇雄性的 X染色体的基因转录水平增加
Developmental Biology
线虫降低雌性个体的 X染色体基因的表达
雌性个体表达 dpy-27基因,sdc-3蛋白指导其产物结合在 X染色体
上，降低有关基因的转录水平。
Developmental Biology
(五 )、环境因素对性别发育的影响
爬行动物的性别受温度的影响
Developmental Biology
Bonellia的性别取决于幼虫的栖息地
Developmental Biology
生殖细胞 指机体用来产生精子和卵子的细胞，它们可
以长期存在于机体内而死亡、消失。 GC不同于生殖嵴
前体细胞。
二、生殖细胞 (Germ Cells)的发育
(一 )、种质质及生殖细胞的迁移
Developmental Biology
1、果蝇的原生殖细胞的命运决定于后部极质
Developmental Biology
Developmental Biology
决定果蝇原生殖细胞的命运的基因
germ cell-less:在 卵的生成过程中由营养细胞转录，受精后翻
译的蛋白定位在极质中，其缺失导致无生殖细胞。
Developmental Biology
Oskar,其母体 mRNA定位在极质中，它的表达量影响极细胞的
数量，如 1 copy of oskar=10-15 pole cells,2 copies=35 pole cells,4
copies=50 pole cells,它还影响极细胞的定位。
Developmental Biology
果蝇原生殖细胞的迁移
Developmental Biology
2、线虫原生殖细胞的命运决定于 Pie-1
Pie-1编码核蛋白，其 缺
失 导致 P1－ P4也向体细
胞命运分化。其作用可
能是抑制生殖细胞中基
因转录活性。
Developmental Biology3、两栖动物生殖细胞命运也决定于种质质
两栖动物的种质质定位在卵的营养极，用紫外线照射胚胎营养极
之后，生殖腺中将缺少生殖细胞。其定位依赖于微管，其迁移与
kenesin-like protein有关。迁移路线：营养极－囊胚腔内胚层表
面－形成 PGC－ 幼虫肠后部聚集－沿肠背部迁移至中肠上部的生
殖嵴中，每个生殖嵴有～ 30 PGC。
Developmental Biology 4、哺乳动物生殖细胞
在原肠胚期，小鼠的 PGC
位于上胚层中。在 7天的
小鼠胚胎中，约 8个 PGC
位于原条后部的胚外中胚
层中，其后它们迁移经过
内胚层、尿囊、卵黄囊到
达后肠，再沿后肠背壁向
前迁移到达生殖嵴，此时
的 PGC达 2500~5000个。
干细胞生长因子 (SCF)是
防止 PGC凋亡所必需的，
也能促进其繁殖。它由
PGC迁移路径中的细胞
合成，定位在膜上。
White突变 (缺失 SCF受
体基因 )或 Steel-Dickie突
变 (SCF不能定位在膜上 )
的小鼠无 PGC或很少的
PGC.
Developmental Biology
Oct-4可能与哺乳动物原生殖细胞的形成有关
Developmental Biology
5、鸟类生殖细胞
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 (germinal crescent),这些
细胞繁殖成为 PGC.
Developmental Biology
生殖新月区形成血管时,PGC进入血管，通过血液循环到
达正在形成的后肠，与肠系膜结合，再迁移进入生殖嵴。
Developmental Biology
(二 )、生殖细胞类型的选择
小鼠生殖细胞的类型主要决定于周边细胞的遗传组成
? PGC进入生殖嵴的最初几天继续分裂，不分化。随后，
在雌性胚胎中,GC进入减数第一次分裂的前期，然后
停止直到性成熟才继续减数分裂产生卵子。在雄性胚
胎中,GC于有丝分裂的 G1期停止，直到性成熟后某
些细胞继续有丝分裂，有些开始减数分裂产生精子。
? 误入生殖嵴附近其它组织如肾上腺或中肾的 XX或 XY
型生殖细胞，都将开始减数分裂并发育为卵子。
? XX型生殖细胞在 XY型胚胎的睾丸中采精子发生途径。
Developmental Biology
哺
乳
动
物
不
同
核
型
的
生
殖
细
胞
的
减
数
分
裂
Developmental Biology
? XY型生殖细胞发育为精子，不受生殖嵴核型的影响，
其命运是 autonomous。
? XX型生殖细胞的命运是 non-autonomous,它们在卵巢
中发育为卵子，而在睾丸中发育为精子。
影响果蝇生殖细胞类型的因素
Developmental Biology线虫 XX雌雄同体个体的 GC细胞的发育经历两次选择
A,有丝分裂和减数分裂之间的选择
离开生殖腺远端的细胞进入减
数分裂，而留在远端的细胞继
续有丝分裂。远端的单个 distal
tip cell的纤毛含 lag-2蛋白，它
与 GC上的受体 glp-1结合后抑
制 GC发生减数分裂。用激光
使 tip cell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。
Developmental Biology
幼虫期离开生殖腺远
端的细胞进入减数分
裂，产生精子；在成
虫期离开生殖腺远端
的生殖细胞通过减数
分裂产生卵子。
线虫 XX雌雄同体个体的 GC细胞的
发育经历两次选择
B,生精或生卵之间的选择
Developmental Biology
线虫上生精或生卵的分子机制
Developmental Biology(三 )、精子的发生 (spermatogenesis)
青春期生精生殖细胞－精原细胞 (spermatogonia)合成的 BMP8B积累到一定浓度时
便开始分化。生精细胞表面有 N-Cadherin及半乳糖，曲精小管中的支柱细胞表面
有 N-Cadherin及半乳糖受体，两种细胞通过这些分子的相互作用结合在一起。支
柱细胞为生精细胞提供营养和保护，但它们随着生殖细胞变为精子而退化。
Developmental Biology
Self-renewal
apoptosis
精子分化 (spermiogenesis)
人
约
需
70
天 减数分裂开始
Developmental Biology
精子分化 (spermiogenesis):
高尔基体形成顶体泡，
中心粒产生精子鞭毛，线粒
体整合入鞭毛，核浓缩，胞
质废弃，最后产生成熟的精
子。
Developmental Biology(四 )、卵子的发生 (oogenesis)
不同物种的产
卵力差异很大，如
海胆和两栖动物的
卵原细胞可以终身
进行有丝分裂，每
次可产卵成百上千
个 。
哺乳动物的生
殖细胞在出生后就
不具备有丝分裂能
力 。 妇女一生只能
排出约 400个成熟的
卵。
初级卵母细胞，
减数分裂停止于
前期 I
部分初级卵母细胞
开始恢复减数分裂
Developmental Biology初级卵母细胞的分裂是不均等的
初级卵母细胞分裂产生一个含有所有细胞质的次极
卵母细胞和几乎不含胞质的第一极体。
Developmental Biology
卵母细胞具有丰富的内含物
(内含物的积累主要发生在减数分裂前期 I)
Developmental Biology
蛙的卵母细胞的生长
Developmental Biology 哺乳动物卵泡的生长
人卵巢中的原始卵泡周期性地进入生长期，使卵母细胞增大、颗粒细胞数量增加
(由 GDF-9介导 )，只有少数与促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能够存活。
Developmental Biology
人
的
排
卵
周
期
颗粒细胞接受 LH信
号后关闭其与卵母
细胞的缝隙通道，
激活减数分裂
FSH和 LH使卵泡细
胞合成雌激素
受精后胚胎滋养层
细胞合成催乳素,使
黄体继续存在分泌
孕酮
Developmental Biology 哺乳动物的排卵
LH导致卵泡合成胶原酶、
血纤维蛋白溶原酶激活
因子、前列腺素等。前
列腺素诱导卵巢局部平
滑肌收缩和使水分进入
卵泡腔中，胶原酶和血
纤维蛋白溶原酶激活因
子消化卵泡胞外基质。
Developmental Biology(五 )、配子中基因的 imprinting
Imprinting,指
某一个基因是否在
胚胎中表达，取决
于其来自于父亲或
母亲。雄核和雌核
在发育中的作用不
完全相同，都是胚
胎正常发育所必需
的。
将雄核胚胎的
内细胞团移植到正
常胚胎中，嵌合体
胚胎的生长增加
50%；若移植雌核
胚内细胞团，则生
长减低 50％。
Developmental Biology
小鼠 Igf-2和 Igf-2r的 imprinting
将含 Igf-2突变的精子与正常卵受精，则子代瘦小；
将正常精子与含 Igf-2突变的卵受精，则子代正常发育。
Developmental Biology
Imprinting是一个可逆的过程，可能与甲基化有关
Developmental Biology
三、受 精
(含透明质酸酶 )
(精子头部的 b-1,4半
乳糖苷转移酶与透明
带中的 ZP3结合 )
4
顶体反应释放的 b-N-乙
酰葡糖胺酶降解透明带
中的寡糖侧链，顶体粒
蛋白酶降解蛋白
精子表面的受精蛋白与卵质膜上的
integrin-like受体蛋白结合，导致质膜
融合，精核进入卵质。
Developmental Biology 阻止多精入卵的机制
电势改变产生的快速阻止,海胆的第一个精子与卵质膜结合后的 1－ 3
秒内，因钠离子的流入而导致膜电位的迅速升高，从而阻止其它精子
与卵膜的结合。
Developmental Biology 阻止多精入卵的机制
形成受精膜的慢速阻止,海胆卵受精后 20－ 60秒内，质膜下的皮质颗
粒与质膜融合，释放其内含物形成受精膜，阻止其它精子的进入。
Developmental Biology
受
精
膜
的
形
成
过
程
Developmental Biology
Calcium Wave激活受精卵的发育
向卵质中注射钙离子，可以使其减数分裂继续；
向卵质中注射钙离子的螯合物 EGTA,则卵不能被激活。
Developmental Biology
钙离子在 Xenopus受精卵发育中的作用
Developmental Biology
THE END
第七章 性别决定及生殖发育
Sex determination and
reproduction
Developmental Biology
公元前 335年,Aristotle指出性别决定于热 (heat)，当母亲子宫的
冷超过父亲的精热时子代发育为 female,female是发育不健全
的 men。
1600s/1700s,已认识到 female可以产生能够传递亲本性状的卵子。
19世纪末之前,人们认为温度、营养、年龄等环境因素决定了性
别。有利于能量和营养储存的因子将使一个人生产女婴，而
有利于能量和营养利用的因子则使人有男婴。
20世纪初,Mendel定律重新发现 (1900),McClung发现性染色体
(1902),Stevens和 Wilson在昆虫上发现了性染色体组成与性
别的关系 (male=XY or XO while female=XX)(1905),从而认
识到遗传物质在性别决定中起重要作用。
一、性别表现型的决定
Developmental Biology
(一 )、哺乳动物的性别决定
1,Primary sex determination:
指生殖腺发育为睾丸或卵巢的选择。胚胎生殖
腺 (gonad)的发育命运决定于其染色体组成,Y染
色体的存在使生殖腺的体细胞发育为 testis而非
ovary。
e.g.,基因型为 XXY的 Klinefelter综合症患者的
表型为 male,但不具生殖力；基因型为 XO的
Turner综合症患者为不能产卵的 female。
Developmental Biology
生殖嵴原基有两种发育方向：
Testis－ Ovary
Granulosa cells differentiated
from Cortical sex cords and
thecal cells derived from
mesenchymal cells form follicles
that envelop the germ cells.
Developmental Biology
Developmental Biology
哺乳动物性特征的发育机制
LHX9
Developmental Biology
睾丸决定基因为 Y染色体上的 SRY
(sex-determining region of the Y chromosome)
SRY是通过分析 XX的 men和 XY的 women的 DNA而发现的 (1990)。
它是一种编码 223 aa的转录因子，含有 HMG DNA结合区。
Developmental Biology
小鼠 Sry基因也存在于 Y染色体上，在未分化的生殖腺和
正在分化为睾丸的生殖腺中表达。转 Sry基因的 XX小鼠
可长出睾丸和雄性特征，但不能产生正常的精子。
Sry对睾丸发育的影响的实验证据
XY XX
Developmental BiologySry的 直 接作用模型,Sry直接 诱导 雄性生殖嵴特异性基因的表达。
Sry的间接作用模型,Sry诱导生殖嵴细胞合成某种因子 → 中肾细胞进入生
殖嵴 → 诱导生殖嵴表皮细胞转变为睾丸支柱细胞、并表达雄性特异性基因。
Developmental Biology
与睾丸命运决定有关的常染色体基因
Sox9,为含 HMG DNA结合区的转录因子。含一个额外的
SOX9的 XX human 将发育为 male; 而 75%的、只含一个有功能的
SOX9的 XY humans发育为 female或两性人。
小鼠的 Sox9只在雄性生殖嵴中表达，表达时间比 Sry约晚。
Sox9蛋白可与 Amh的启动子结合，促进 Amh的表达。
SF1(steroidogenic factor 1),为含 HMG DNA结合区的转录
因子。 Sf1在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表达，但分化开始后就局
限在 XY小鼠的正在发育的睾丸中。 SF1在睾丸支柱细胞中通过协助
Sox9而增强 AMH基因的表达 (see next slide);而在睾丸的间质细胞中，
它可激活睾丸酮合成酶基因。
Developmental Biology So
x
和SF
对Am
h
基
因
表
达
的
作
用
Developmental Biology
DAX1,它编码细胞核激
素受体,是 X染色体上的潜在的
卵巢决定基因 。 1980年首次发现
于 XY姊妹中,1994年克隆出基
因，其性别逆转是由于 2个拷贝
的 DAX1可以抑制 SRY的作用。
小鼠 Dax1在生殖嵴细胞中表
达，它可能是拮抗 Sry的活性而
下调 sf1的表达。
与 卵巢 命运决定有关的 X染色体基因
Developmental BiologyWNT4,是常染色体上的潜在的卵巢决定基因 。小鼠 Wnt 4在分化前
的 XX和 XY生殖嵴中都表达，其后只在 XX生殖腺中表达。
在 Wnt4-/-XX小鼠上，卵巢形成异常，其细胞表达 Amh和睾丸酮等睾丸
特异性标记。
Sry的作用可能是抑制生殖嵴中 Wnt4的表达和促进 Sf1的表达。
Developmental Biology
2,secondary sex determination:
指睾丸或卵巢形成后，由它们分泌的激素来影
响性器官的发育。
在出现睾丸的胚胎中,中肾旁管 (Mullerian
duct)退化，而中肾管 (Wolffian duct)分化为输精管、
附睾、精囊。
在出现卵巢的胚胎中,中肾管退化，中肾旁管
分化为输卵管、子宫等。
Developmental Biology
抗中肾旁管激素 (anti-Mullerian duct hormone,
AMH),由睾丸支柱细胞分泌的 560aa糖蛋白，其作用可能是诱导
中肾旁管周围的间质细胞分泌一种促凋亡因子，使中肾旁管退化。
cultured in the presence of fetal testis or sertoli cells.
Mullerian duct
Wolffian duct
Mullerian duct
Wolffian duct
Developmental Biology睾丸酮 (testosterone), 由睾丸间质细胞合成，其作用是
诱导中肾管分化为输精管、精囊、附睾。
该患者携带 SRY基因
testes
AMH Mullerian duct degeneration
uterus,oviduct
testosterone
No androgen receptor
输精管、精囊、附睾。
Developmental Biology二氢睾丸酮 (testosterone), 由睾丸酮转变而成，其作用
是控制外生殖器官的形成。缺少 5a-ketosteroid reductase 2的 XY个
体的外形像 female.
Developmental Biology
雌激素 (estrogen),
在 female胚胎中，雌激素由卵巢合成,它诱导
Mullerian duct分化为雌性器官。
在 male胚胎中，雌激素由肾上腺合成,它使中肾
旁管细胞吸收睾丸中的水分，有助于增加精子的寿命
和数量。
Developmental Biology
(二 )、果蝇的性别决定
1,果蝇的性别决定于 X染色体的数量,
X染色体上的性别决定基因叫分子基因 (numerator),而
常染色体上的性别决定基因叫分母基因 (denominator)。 二者
之比 ? 0.5时，个体将发育为雄性。
Developmental Biology
果蝇的雌雄嵌合体
Gynandromorph happens
when an X chromosome is
lost from one embryonic
nucleus.
Developmental Biology
控
制
果
蝇
雌
性
的
关
键
基
因
是sex
let
ha
l (s
xl)
higherlower
Developmental Biology
Developmental Biology Transformer1,果蝇性别决
定的中间基因。
Doublesex,缺失该基因的胚胎
的生殖原基 (雌雄相同 )发育产生雌
雄相间的生殖结构；雌性和雄性
特异性 dbx促进特异性性别基因的
表达 。
Developmental Biology
Developmental Biology
(三 )、线虫的性别决定
0.2% male progeny
50% male progeny
Developmental Biology
线虫的性别也决定于 X染色体与常染色体套数之比
该比例信号的接受者为 Xol-1(XO lethal)
(核蛋白 ) (分泌蛋白 ) (跨膜蛋白 ) (转录因子 )
Developmental Biology
线虫性别决定因子的作用机制
Developmental Biology
(四 ),X染色体基因的剂量补偿效应
不同性别个体的 X连锁基因的不平衡性通过不同的机制进行补偿
哺乳动物 X染色体的失活决定于 X chromosome inactivation center(XIC),该
中心含 Xist基因，其转录的 RNA定位于核中，启动 X染色体的失活程序。 证据：
在 XX细胞中，敲除 Xist的 X染色体不失活；将 Xist植入 XY胚胎干细胞的一条常
染色体上，该条常染色体或 X染色体将失活。
失活染色体的 H4未乙酰基化，但甲基化，它们与 Xist的关系尚不明。
transcripts
Developmental Biology
果蝇雄性的 X染色体的基因转录水平增加
Developmental Biology
线虫降低雌性个体的 X染色体基因的表达
雌性个体表达 dpy-27基因,sdc-3蛋白指导其产物结合在 X染色体
上，降低有关基因的转录水平。
Developmental Biology
(五 )、环境因素对性别发育的影响
爬行动物的性别受温度的影响
Developmental Biology
Bonellia的性别取决于幼虫的栖息地
Developmental Biology
生殖细胞 指机体用来产生精子和卵子的细胞，它们可
以长期存在于机体内而死亡、消失。 GC不同于生殖嵴
前体细胞。
二、生殖细胞 (Germ Cells)的发育
(一 )、种质质及生殖细胞的迁移
Developmental Biology
1、果蝇的原生殖细胞的命运决定于后部极质
Developmental Biology
Developmental Biology
决定果蝇原生殖细胞的命运的基因
germ cell-less:在 卵的生成过程中由营养细胞转录，受精后翻
译的蛋白定位在极质中，其缺失导致无生殖细胞。
Developmental Biology
Oskar,其母体 mRNA定位在极质中，它的表达量影响极细胞的
数量，如 1 copy of oskar=10-15 pole cells,2 copies=35 pole cells,4
copies=50 pole cells,它还影响极细胞的定位。
Developmental Biology
果蝇原生殖细胞的迁移
Developmental Biology
2、线虫原生殖细胞的命运决定于 Pie-1
Pie-1编码核蛋白，其 缺
失 导致 P1－ P4也向体细
胞命运分化。其作用可
能是抑制生殖细胞中基
因转录活性。
Developmental Biology3、两栖动物生殖细胞命运也决定于种质质
两栖动物的种质质定位在卵的营养极，用紫外线照射胚胎营养极
之后，生殖腺中将缺少生殖细胞。其定位依赖于微管，其迁移与
kenesin-like protein有关。迁移路线：营养极－囊胚腔内胚层表
面－形成 PGC－ 幼虫肠后部聚集－沿肠背部迁移至中肠上部的生
殖嵴中，每个生殖嵴有～ 30 PGC。
Developmental Biology 4、哺乳动物生殖细胞
在原肠胚期，小鼠的 PGC
位于上胚层中。在 7天的
小鼠胚胎中，约 8个 PGC
位于原条后部的胚外中胚
层中，其后它们迁移经过
内胚层、尿囊、卵黄囊到
达后肠，再沿后肠背壁向
前迁移到达生殖嵴，此时
的 PGC达 2500~5000个。
干细胞生长因子 (SCF)是
防止 PGC凋亡所必需的，
也能促进其繁殖。它由
PGC迁移路径中的细胞
合成，定位在膜上。
White突变 (缺失 SCF受
体基因 )或 Steel-Dickie突
变 (SCF不能定位在膜上 )
的小鼠无 PGC或很少的
PGC.
Developmental Biology
Oct-4可能与哺乳动物原生殖细胞的形成有关
Developmental Biology
5、鸟类生殖细胞
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 (germinal crescent),这些
细胞繁殖成为 PGC.
Developmental Biology
生殖新月区形成血管时,PGC进入血管，通过血液循环到
达正在形成的后肠，与肠系膜结合，再迁移进入生殖嵴。
Developmental Biology
(二 )、生殖细胞类型的选择
小鼠生殖细胞的类型主要决定于周边细胞的遗传组成
? PGC进入生殖嵴的最初几天继续分裂，不分化。随后，
在雌性胚胎中,GC进入减数第一次分裂的前期，然后
停止直到性成熟才继续减数分裂产生卵子。在雄性胚
胎中,GC于有丝分裂的 G1期停止，直到性成熟后某
些细胞继续有丝分裂，有些开始减数分裂产生精子。
? 误入生殖嵴附近其它组织如肾上腺或中肾的 XX或 XY
型生殖细胞，都将开始减数分裂并发育为卵子。
? XX型生殖细胞在 XY型胚胎的睾丸中采精子发生途径。
Developmental Biology
哺
乳
动
物
不
同
核
型
的
生
殖
细
胞
的
减
数
分
裂
Developmental Biology
? XY型生殖细胞发育为精子，不受生殖嵴核型的影响，
其命运是 autonomous。
? XX型生殖细胞的命运是 non-autonomous,它们在卵巢
中发育为卵子，而在睾丸中发育为精子。
影响果蝇生殖细胞类型的因素
Developmental Biology线虫 XX雌雄同体个体的 GC细胞的发育经历两次选择
A,有丝分裂和减数分裂之间的选择
离开生殖腺远端的细胞进入减
数分裂，而留在远端的细胞继
续有丝分裂。远端的单个 distal
tip cell的纤毛含 lag-2蛋白，它
与 GC上的受体 glp-1结合后抑
制 GC发生减数分裂。用激光
使 tip cell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。
Developmental Biology
幼虫期离开生殖腺远
端的细胞进入减数分
裂，产生精子；在成
虫期离开生殖腺远端
的生殖细胞通过减数
分裂产生卵子。
线虫 XX雌雄同体个体的 GC细胞的
发育经历两次选择
B,生精或生卵之间的选择
Developmental Biology
线虫上生精或生卵的分子机制
Developmental Biology(三 )、精子的发生 (spermatogenesis)
青春期生精生殖细胞－精原细胞 (spermatogonia)合成的 BMP8B积累到一定浓度时
便开始分化。生精细胞表面有 N-Cadherin及半乳糖，曲精小管中的支柱细胞表面
有 N-Cadherin及半乳糖受体，两种细胞通过这些分子的相互作用结合在一起。支
柱细胞为生精细胞提供营养和保护，但它们随着生殖细胞变为精子而退化。
Developmental Biology
Self-renewal
apoptosis
精子分化 (spermiogenesis)
人
约
需
70
天 减数分裂开始
Developmental Biology
精子分化 (spermiogenesis):
高尔基体形成顶体泡，
中心粒产生精子鞭毛，线粒
体整合入鞭毛，核浓缩，胞
质废弃，最后产生成熟的精
子。
Developmental Biology(四 )、卵子的发生 (oogenesis)
不同物种的产
卵力差异很大，如
海胆和两栖动物的
卵原细胞可以终身
进行有丝分裂，每
次可产卵成百上千
个 。
哺乳动物的生
殖细胞在出生后就
不具备有丝分裂能
力 。 妇女一生只能
排出约 400个成熟的
卵。
初级卵母细胞，
减数分裂停止于
前期 I
部分初级卵母细胞
开始恢复减数分裂
Developmental Biology初级卵母细胞的分裂是不均等的
初级卵母细胞分裂产生一个含有所有细胞质的次极
卵母细胞和几乎不含胞质的第一极体。
Developmental Biology
卵母细胞具有丰富的内含物
(内含物的积累主要发生在减数分裂前期 I)
Developmental Biology
蛙的卵母细胞的生长
Developmental Biology 哺乳动物卵泡的生长
人卵巢中的原始卵泡周期性地进入生长期，使卵母细胞增大、颗粒细胞数量增加
(由 GDF-9介导 )，只有少数与促性腺激素分泌周期相吻合的卵泡能够存活。
Developmental Biology
人
的
排
卵
周
期
颗粒细胞接受 LH信
号后关闭其与卵母
细胞的缝隙通道，
激活减数分裂
FSH和 LH使卵泡细
胞合成雌激素
受精后胚胎滋养层
细胞合成催乳素,使
黄体继续存在分泌
孕酮
Developmental Biology 哺乳动物的排卵
LH导致卵泡合成胶原酶、
血纤维蛋白溶原酶激活
因子、前列腺素等。前
列腺素诱导卵巢局部平
滑肌收缩和使水分进入
卵泡腔中，胶原酶和血
纤维蛋白溶原酶激活因
子消化卵泡胞外基质。
Developmental Biology(五 )、配子中基因的 imprinting
Imprinting,指
某一个基因是否在
胚胎中表达，取决
于其来自于父亲或
母亲。雄核和雌核
在发育中的作用不
完全相同，都是胚
胎正常发育所必需
的。
将雄核胚胎的
内细胞团移植到正
常胚胎中，嵌合体
胚胎的生长增加
50%；若移植雌核
胚内细胞团，则生
长减低 50％。
Developmental Biology
小鼠 Igf-2和 Igf-2r的 imprinting
将含 Igf-2突变的精子与正常卵受精，则子代瘦小；
将正常精子与含 Igf-2突变的卵受精，则子代正常发育。
Developmental Biology
Imprinting是一个可逆的过程，可能与甲基化有关
Developmental Biology
三、受 精
(含透明质酸酶 )
(精子头部的 b-1,4半
乳糖苷转移酶与透明
带中的 ZP3结合 )
4
顶体反应释放的 b-N-乙
酰葡糖胺酶降解透明带
中的寡糖侧链，顶体粒
蛋白酶降解蛋白
精子表面的受精蛋白与卵质膜上的
integrin-like受体蛋白结合，导致质膜
融合，精核进入卵质。
Developmental Biology 阻止多精入卵的机制
电势改变产生的快速阻止,海胆的第一个精子与卵质膜结合后的 1－ 3
秒内，因钠离子的流入而导致膜电位的迅速升高，从而阻止其它精子
与卵膜的结合。
Developmental Biology 阻止多精入卵的机制
形成受精膜的慢速阻止,海胆卵受精后 20－ 60秒内，质膜下的皮质颗
粒与质膜融合，释放其内含物形成受精膜，阻止其它精子的进入。
Developmental Biology
受
精
膜
的
形
成
过
程
Developmental Biology
Calcium Wave激活受精卵的发育
向卵质中注射钙离子，可以使其减数分裂继续；
向卵质中注射钙离子的螯合物 EGTA,则卵不能被激活。
Developmental Biology
钙离子在 Xenopus受精卵发育中的作用
Developmental Biology
THE END
