Гаметогенез
| Часть серии о |
| Секс |
|---|
 |
| Биологические термины |
| Половое размножение |
| Сексуальность |
| Сексуальная система |
Гаметогенез — это биологический процесс, посредством которого диплоидные или гаплоидные клетки-предшественники подвергаются клеточному делению и дифференцировке с образованием зрелых гаплоидных гамет . В зависимости от биологического жизненного цикла организма . гаметогенез происходит путем мейотического деления диплоидных гаметоцитов на различные гаметы или путем митоза Например, растения производят гаметы путем митоза гаметофитов. Гаметофиты растут из гаплоидных спор после спорового мейоза. Существование многоклеточной гаплоидной фазы в жизненном цикле между мейозом и гаметогенезом также называют чередованием поколений .
Это биологический процесс гаметогенеза, во время которого гаплоидные или диплоидные клетки делятся, образуя другие клетки. Это может происходить либо путем митотического, либо мейотического деления диплоидных гаметоцитов на разные клетки в зависимости от биологического жизненного цикла организма. Например, гаметофиты растений подвергаются митозу с образованием гамет. И мужчины, и женщины имеют разные формы. [1]
У животных
[ редактировать ]
Животные производят гаметы непосредственно посредством мейоза из диплоидных материнских клеток в органах, называемых гонадами ( семенники у самцов и яичники у самок). При развитии зародышевых клеток млекопитающих половодиморфные гаметы дифференцируются в первичные зародышевые клетки из плюрипотентных клеток во время начального развития млекопитающих. [2] Самцы и самки вида, размножающегося половым путем, имеют разные формы гаметогенеза:
- сперматогенез (мужской): незрелые половые клетки производятся в семенниках мужчины. Чтобы созреть в сперматозоиды, незрелые половые клетки самцов, или сперматогонии, в подростковом возрасте проходят через сперматогенез. Сперматогонии – это диплоидные клетки, которые увеличиваются в размерах по мере деления митозом. Это первичные сперматоциты. Эти диплоидные клетки подвергаются мейотическому делению с образованием вторичных сперматоцитов. Эти вторичные сперматоциты подвергаются второму мейотическому делению с образованием незрелых сперматозоидов или сперматид. Эти сперматиды подвергаются спермиогенезу, чтобы превратиться в сперматозоиды. ЛГ, ФСГ, ГнРГ и андрогены — это лишь некоторые из гормонов, которые способствуют сперматогенезу.
- оогенез (женский)
Этапы
[ редактировать ]Однако до превращения в гаметогонии эмбриональное развитие гамет у мужчин и женщин одинаково.
Общий путь
[ редактировать ]Гаметогонии обычно рассматривают как начальную стадию гаметогенеза. Однако гаметогонии сами по себе являются наследниками первичных зародышевых клеток (ПГК) из дорсальной энтодермы желточного мешка, мигрирующих по задней кишке к половому гребню . Они размножаются митозом и, достигнув полового гребня на поздней эмбриональной стадии, называются гаметогониями. Как только зародышевые клетки развились в гаметогонии, они уже не одинаковы у самцов и самок.
Индивидуальный путь
[ редактировать ]Из гаметогоний мужские и женские гаметы развиваются по-разному — мужские путем сперматогенеза, а женские — путем оогенеза. Однако по соглашению следующий шаблон является общим для обоих:
| Тип ячейки | плоидность / хромосомы у человека | Число копий ДНК/ хроматиды у человека [Примечание 1] | Процесс |
| гаметогоний | диплоид (2N)/46 | 2С до репликации, 4С после 46 до, 46 × 2 после | гаметоцитогенез (митоз) |
| первичный гаметоцит | диплоид (2N)/46 | 2С до репликации, 4С после 46 до, 46 × 2 после | гаметидогенез ( мейоз I) |
| вторичный гаметоцит | гаплоидный (N)/23 | 2С/46 | гаметидогенез (мейоз II) |
| гаметида | гаплоидный (N)/23 | С/23 | |
| гамета | гаплоидный (N)/23 | С/23 |
Гаметогенез in vitro
[ редактировать ]Гаметогенез in vitro (IVG) — это метод развития гамет, генерируемых in vitro , то есть «генерация яйцеклеток и сперматозоидов из плюрипотентных стволовых клеток в культуральной чашке». [3] Этот метод в настоящее время возможен на мышах и, вероятно, будет иметь успех в будущем у людей и приматов. [3] Это позволяет ученым создавать сперматозоиды и яйцеклетки путем перепрограммирования взрослых клеток. Таким образом, они могли выращивать эмбрионы в лаборатории. Несмотря на то, что это многообещающий метод борьбы с болезнями, он вызывает ряд этических проблем. [4]
В гаметангии
[ редактировать ]Грибы, водоросли и примитивные растения образуют специализированные гаплоидные структуры, называемые гаметангиями , где гаметы образуются путем митоза. У некоторых грибов, таких как Zygomycota , гаметангии представляют собой отдельные клетки, расположенные на концах гиф , которые действуют как гаметы, сливаясь в зиготу . Чаще всего гаметангии представляют собой многоклеточные структуры, которые дифференцируются на мужские и женские органы:
- антеридиум (мужской)
- архегоний (женский)
У покрытосеменных
[ редактировать ]У покрытосеменных мужские гаметы (всегда две) образуются внутри пыльцевой трубки (у 70% видов) или внутри пыльцевого зерна (у 30% видов) путем деления генеративной клетки на два ядра спермия. В зависимости от вида это может происходить во время формирования пыльцы в пыльнике (пыльца трехклеточная) или после опыления и роста пыльцевой трубки (пыльца двуклеточная в пыльнике и на рыльце пестика). Женская гамета образуется внутри мешка семязачатка зародышевого .
У покрытосеменных растений деление генеративной клетки на два ядра спермия приводит к образованию мужских гамет (всегда двух), которые развиваются внутри пыльцевого зерна (у 30% видов) или пыльцевой трубки (у 70% видов), соответственно) растения. Это может произойти до опыления и развития пыльцевой трубки, в зависимости от вида, или пока пыльца еще формируется в пыльнике (пыльца трехклеточная) (пыльца двуклеточная в пыльнике и в рыльце пестика). Внутри зародышевого мешка семязачатка создается женская гамета.
Мейоз
[ редактировать ]Мейоз является центральной особенностью гаметогенеза, но адаптивная функция мейоза в настоящее время является предметом дискуссий. Ключевым событием мейоза является спаривание гомологичных хромосом и рекомбинация (обмен генетической информацией) между гомологичными хромосомами. Этот процесс способствует увеличению генетического разнообразия среди потомства и рекомбинационному восстановлению повреждений ДНК, которые передаются потомству. Чтобы объяснить адаптивную функцию мейоза (а также гаметогенеза и полового цикла), некоторые авторы подчеркивают разнообразие, [5] и другие подчеркивают репарацию ДНК . [6]
Хотя мейоз является важнейшим компонентом гаметогенеза, его функция в адаптации до сих пор неизвестна. У организмов, размножающихся половым путем, это тип деления клеток, в результате которого в гаметах присутствует меньшее количество хромосом. [7]
ЭФФЕКТЫ ГОМОЛОГИИ
Есть два ключевых различия между гаметогенезом млекопитающих и растений. Во-первых, у растений не существует заранее определенной зародышевой линии. Клетки, производящие мужские или женские гаметофиты, расходятся от репродуктивной меристемы, тотипотентного скопления развивающихся клеток взрослого растения, которое создает все особенности цветка (как половые, так и бесполые структуры). Во-вторых, за мейозом следуют митотические деления и дифференцировка с образованием гамет. У растений с женскими гаметами (яйцеклеткой и центральной клеткой) связаны сестринские, негаметные клетки (синергиды и антиподальные клетки). Гаплоидная микроспора проходит митоз с образованием вегетативной и генеративной клетки во время мужского гаметогенеза. Генеративная клетка подвергается второму митотическому делению, в результате чего образуются две.
Премейотические, постмейотические, премитотические или постмитотические события возможны, если импринты создаются во время мужского и женского гаметогенеза. Однако если только одна из дочерних клеток получит родительские отпечатки после митоза, это приведет к образованию двух функционально разных женских гамет или двух функционально разных сперматозоидов. Деметилирование наблюдается в пыльцевом зерне после второго мейоза и перед митозом генеративной клетки, как обсуждалось в разделе перед этим. Наряду с дифференциацией пыльцы происходят также различные структурные и композиционные изменения ДНК. Эти модификации являются потенциальными шагами к стиранию всего генома и/или перепрограммированию импринтинга, который происходит у животных. Во время роста сперматозоидов мужская ДНК у растений сильно деметилируется, тогда как у животных наблюдается обратное.
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ При использовании этой системы нумерации источники смешиваются. В некоторых источниках при написании «n» используется номер хроматиды, а не номер плоидности. Следовательно, гаметогоний и первичный гаметоцит будут обозначаться «4n», а не «2n» с «4c» для копий. Используемая ниже система была определена консенсусом Википедии и не обязательно должна использоваться в качестве окончательного источника по данному вопросу.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сайто, Митинори; Хаяси, Кацухико (2021). «Гаметогенез млекопитающих in vitro» . Наука . 374 (6563): eaaz6830. дои : 10.1126/science.aaz6830 . ISSN 1095-9203 . ПМИД 34591639 . S2CID 238238458 .
- ^ Сайто, Митинори; Хаяси, Кацухико (октябрь 2021 г.). «Гаметогенез млекопитающих in vitro» . Наука . 374 (6563): eaaz6830. дои : 10.1126/science.aaz6830 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 34591639 . S2CID 238238458 .
- ^ Jump up to: а б Коэн, Гленн; Дейли, Джордж К.; Адаши, Эли Ю. (11 января 2017 г.). «Деструктивные репродуктивные технологии» . Наука трансляционной медицины . 9 (372): eaag2959. doi : 10.1126/scitranslmed.aag2959 . ПМИД 28077678 .
Гаметогенез in vitro (IVG) — получение яйцеклеток и сперматозоидов из плюрипотентных стволовых клеток в культуральной чашке. В настоящее время IVG осуществима на мышах, а в будущем она будет успешной у людей и обещает новые возможности в области репродуктивной и регенеративной медицины.
- ^ «Ученые близки к прорыву, который может произвести революцию в воспроизводстве человека» .
- ^ Харрисон СиДжей, Алви Э., Хендерсон И.Р. (2010). «Мейоз у цветковых растений и других зеленых организмов». Дж. Эксп. Бот . 61 (11): 2863–75. дои : 10.1093/jxb/erq191 . ПМИД 20576791 .
- ^ Мирзагадери Г., Хёрандл Э. (2016). «Эволюция мейотического пола и его альтернатив» . Учеб. Биол. Наука . 283 (1838). дои : 10.1098/rspb.2016.1221 . ПМК 5031655 . ПМИД 27605505 .
- ^ Харрисон, К. Джилл; Алви, Элизабет; Хендерсон, Ян Р. (2010). «Мейоз у цветковых растений и других зеленых организмов» . Журнал экспериментальной ботаники . 61 (11): 2863–2875. дои : 10.1093/jxb/erq191 . ISSN 1460-2431 . ПМИД 20576791 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
