Πληροφορίες

43,5Α: Γονιμοποίηση – Βιολογία

43,5Α: Γονιμοποίηση – Βιολογία


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Κατά τη γονιμοποίηση, το σπέρμα συνδέεται με το ωάριο, επιτρέποντας στις μεμβράνες τους να συγχωνευθούν και στο σπέρμα να μεταφέρει τον πυρήνα του στο ωάριο.

Στόχοι μάθησης

  • Περιγράψτε τη διαδικασία της γονιμοποίησης

Βασικά σημεία

  • Ένα ωάριο θηλαστικού καλύπτεται από ένα στρώμα γλυκοπρωτεϊνών που ονομάζεται zona pellucida, στο οποίο πρέπει να εισχωρήσει το σπέρμα για να γονιμοποιήσει το ωάριο.
  • Κατά τη δέσμευση με το ωάριο, το σπέρμα ξεκινά την αντίδραση ακροσωμάτων, στην οποία απελευθερώνει πεπτικά ένζυμα που υποβαθμίζουν τη ζώνη του φλοιού, επιτρέποντας στην πλασματική μεμβράνη του σπέρματος να συγχωνευθεί με αυτή του ωαρίου.
  • Κατά τη σύντηξη των δύο μεμβρανών πλάσματος, ο πυρήνας του σπέρματος εισέρχεται στο ωάριο και λιώνει με τον πυρήνα του ωαρίου.
  • Τόσο το σπέρμα όσο και το ωάριο περιέχουν έκαστο το ήμισυ του φυσιολογικού αριθμού χρωμοσωμάτων, οπότε όταν συγχωνεύονται το ζυγωτό που προκύπτει είναι ένας διπλοειδής οργανισμός με ένα πλήρες σύνολο χρωμοσωμάτων.
  • Όταν το ωάριο γονιμοποιηθεί με επιτυχία, απελευθερώνει πρωτεΐνες που το εμποδίζουν να γονιμοποιηθεί από άλλο σπέρμα, μια κατάσταση γνωστή ως πολυσπερμία.

Βασικοί Όροι

  • γονιμοποίηση: η πράξη της γονιμοποίησης ή του εμποτισμού ζωικών ή φυτικών γαμετών
  • zona pellucida: μια μεμβράνη γλυκοπρωτεΐνης που περιβάλλει τη μεμβράνη πλάσματος ενός ωαρίου
  • ακρόσωμα: μια δομή που σχηματίζει το άκρο της κεφαλής ενός σπερματοζωαρίου
  • πολυσπερμία: η διείσδυση ενός ωαρίου από περισσότερα από ένα σπερματοζωάρια

Γονιμοποίηση

Η γονιμοποίηση είναι η διαδικασία κατά την οποία οι γαμέτες (ένα ωάριο και ένα σπέρμα) συγχωνεύονται σχηματίζοντας ένα ζυγωτό. Το ωάριο και το σπέρμα είναι απλοειδή, πράγμα που σημαίνει ότι το καθένα περιέχει ένα σύνολο χρωμοσωμάτων. κατά τη γονιμοποίηση, θα συνδυάσουν το γενετικό τους υλικό για να σχηματίσουν ένα ζυγωτό που είναι διπλοειδές, με δύο σύνολα χρωμοσωμάτων. Ένα ζυγωτό που έχει περισσότερα από δύο σύνολα χρωμοσωμάτων δεν θα είναι βιώσιμο. Επομένως, για να διασφαλιστεί ότι ο απόγονος έχει μόνο δύο σειρές χρωμοσωμάτων, μόνο ένα σπέρμα πρέπει να συγχωνευτεί με ένα ωάριο.

Στα θηλαστικά, το αυγό προστατεύεται από ένα στρώμα εξωκυτταρικής μήτρας που αποτελείται κυρίως από γλυκοπρωτεΐνες που ονομάζεται διαφανής ζώνη. Όταν ένα σπέρμα δεσμεύεται στη διαφανή ζώνη, λαμβάνει χώρα μια σειρά βιοχημικών γεγονότων, που ονομάζονται ακροσωμική αντίδραση. Στα θηλαστικά του πλακούντα, το ακροσωμάτιο περιέχει πεπτικά ένζυμα που ξεκινούν την αποικοδόμηση της μήτρας της γλυκοπρωτεΐνης προστατεύοντας το ωάριο και επιτρέποντας στη πλασματική μεμβράνη του σπέρματος να συγχωνευθεί με την πλασματική μεμβράνη του αυγού. Η σύντηξη αυτών των δύο μεμβρανών δημιουργεί ένα άνοιγμα μέσω του οποίου ο πυρήνας του σπέρματος μεταφέρεται στο ωάριο. Η σύντηξη μεταξύ της μεμβράνης του ωαρίου και του σπέρματος ακολουθεί και επιτρέπει στον πυρήνα του σπέρματος, το κεντριόλιο και το μαστίγιο, αλλά όχι τα μιτοχόνδρια, να εισέλθουν στο ωάριο. Οι πυρηνικές μεμβράνες του ωαρίου και του σπέρματος διασπώνται και τα δύο απλοειδή γονιδιώματα συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν ένα διπλοειδές γονιδίωμα. Αυτή η διαδικασία οδηγεί τελικά στο σχηματισμό ενός διπλοειδούς κυττάρου που ονομάζεται ζυγώτης. Ο ζυγώτης διαιρείται για να σχηματίσει μια βλαστοκύστη και, με την είσοδο στη μήτρα, εμφυτεύεται στο ενδομήτριο, ξεκινώντας την εγκυμοσύνη.

Διαδικασία γονιμοποίησης: (α) Η γονιμοποίηση είναι η διαδικασία κατά την οποία το σπέρμα και το ωάριο συγχωνεύονται για να σχηματίσουν ένα ζυγωτό. (β) Οι ακροσωμικές αντιδράσεις βοηθούν το σπέρμα να υποβαθμίσει τη μήτρα γλυκοπρωτεΐνης που προστατεύει το ωάριο και επιτρέπει στο σπέρμα να μεταφέρει τον πυρήνα του.

Για να διασφαλιστεί ότι δεν γονιμοποιούν περισσότερα από ένα σπερματοζωάρια το ωάριο, μόλις πραγματοποιηθούν οι ακροσωμικές αντιδράσεις σε μια θέση της μεμβράνης του ωαρίου, το ωάριο απελευθερώνει πρωτεΐνες σε άλλες θέσεις για να αποτρέψει τη σύντηξη άλλων σπερματοζωαρίων με το ωάριο. Εάν αυτός ο μηχανισμός αποτύχει, πολλαπλά σπέρματα μπορούν να συγχωνευθούν με το ωάριο, με αποτέλεσμα πολυσπερμία. Το έμβρυο που προκύπτει δεν είναι γενετικά βιώσιμο και πεθαίνει μέσα σε λίγες ημέρες.


43.6 Γονιμοποίηση και πρώιμη εμβρυϊκή ανάπτυξη

Στο τέλος αυτής της ενότητας, θα μπορείτε να κάνετε τα εξής:

  • Συζητήστε πώς γίνεται η γονιμοποίηση
  • Εξηγήστε πώς σχηματίζεται το έμβρυο από το ζυγωτό
  • Συζητήστε για το ρόλο της διάσπασης και της γαστρίωσης στην ανάπτυξη των ζώων

Η διαδικασία κατά την οποία ένας οργανισμός εξελίσσεται από μονοκύτταρο ζυγωτό σε πολυκύτταρο οργανισμό είναι περίπλοκη και καλά ρυθμισμένη. Τα πρώτα στάδια της εμβρυϊκής ανάπτυξης είναι επίσης κρίσιμα για τη διασφάλιση της φυσικής κατάστασης του οργανισμού.

Γονιμοποίηση

Η γονιμοποίηση, που απεικονίζεται στο Σχήμα 43.23α, είναι η διαδικασία κατά την οποία οι γαμέτες (ένα ωάριο και ένα σπέρμα) συγχωνεύονται για να σχηματίσουν ένα ζυγωτό. Το ωάριο και το σπέρμα περιέχουν ένα σύνολο χρωμοσωμάτων. Για να διασφαλιστεί ότι ο απόγονος έχει μόνο ένα πλήρες διπλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων, μόνο ένα σπέρμα πρέπει να συγχωνευθεί με ένα ωάριο. Στα θηλαστικά, το αυγό προστατεύεται από ένα στρώμα εξωκυτταρικής μήτρας που αποτελείται κυρίως από γλυκοπρωτεΐνες που ονομάζεται διαφανής ζώνη. Όταν ένα σπέρμα δεσμεύεται στη διαφανή ζώνη, λαμβάνει χώρα μια σειρά βιοχημικών γεγονότων, που ονομάζονται ακροσωμικές αντιδράσεις. Στα θηλαστικά του πλακούντα, το ακρόσωμα περιέχει πεπτικά ένζυμα που ξεκινούν την αποικοδόμηση της μήτρας γλυκοπρωτεΐνης που προστατεύει το ωάριο και επιτρέπει στην πλασματική μεμβράνη του σπέρματος να συγχωνευθεί με τη μεμβράνη πλάσματος του αυγού, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 43.23β. Η σύντηξη αυτών των δύο μεμβρανών δημιουργεί ένα άνοιγμα μέσω του οποίου ο πυρήνας του σπέρματος μεταφέρεται στο ωάριο. Οι πυρηνικές μεμβράνες του ωαρίου και του σπέρματος διασπώνται και τα δύο απλοειδή γονιδιώματα συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν ένα διπλοειδές γονιδίωμα.

Για να διασφαλιστεί ότι δεν γονιμοποιούν περισσότερα από ένα σπερματοζωάρια το ωάριο, μόλις πραγματοποιηθούν οι ακροσωμικές αντιδράσεις σε μια θέση της μεμβράνης του ωαρίου, το ωάριο απελευθερώνει πρωτεΐνες σε άλλες θέσεις για να αποτρέψει τη σύντηξη άλλων σπερματοζωαρίων με το ωάριο. Εάν αυτός ο μηχανισμός αποτύχει, πολλαπλά σπέρματα μπορούν να συγχωνευθούν με το ωάριο, με αποτέλεσμα πολυσπερμία. Το έμβρυο που προκύπτει δεν είναι γενετικά βιώσιμο και πεθαίνει μέσα σε λίγες μέρες.

Στάδιο διάσπασης και Blastula

Η ανάπτυξη των πολυκύτταρων οργανισμών ξεκινά από έναν μονοκύτταρο ζυγώτη, ο οποίος υφίσταται ταχεία κυτταρική διαίρεση για να σχηματίσει τη βλάστηλα. Οι γρήγοροι, πολλαπλοί γύροι κυτταρικής διαίρεσης ονομάζονται διάσπαση. Η διάσπαση απεικονίζεται στο (Σχήμα 43.24α). Αφού η διάσπαση έχει παραγάγει πάνω από 100 κύτταρα, το έμβρυο ονομάζεται βλαστούλα. Το blastula είναι συνήθως ένα σφαιρικό στρώμα κυττάρων (το βλαστόδερμα) που περιβάλλει μια κοιλότητα γεμάτη υγρό ή γεμάτη κρόκο (το blastocoel). Τα θηλαστικά σε αυτό το στάδιο σχηματίζουν μια δομή που ονομάζεται βλαστοκύστη, που χαρακτηρίζεται από μια εσωτερική κυτταρική μάζα που είναι διακριτή από τον περιβάλλοντα βλαστό, που φαίνεται στο Σχήμα 43.24β. Κατά τη διάσπαση, τα κύτταρα διαιρούνται χωρίς αύξηση της μάζας, δηλαδή, ένας μεγάλος μονοκύτταρος ζυγώτης διαιρείται σε πολλά μικρότερα κύτταρα. Κάθε κύτταρο μέσα στο βλαστού ονομάζεται βλαστομερίδιο.

Η διάσπαση μπορεί να λάβει χώρα με δύο τρόπους: ολοβλαστική (ολική) διάσπαση ή μεροβλαστική (μερική) διάσπαση. Ο τύπος της διάσπασης εξαρτάται από την ποσότητα του κρόκου στα αυγά. Στα θηλαστικά του πλακούντα (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων) όπου η τροφή παρέχεται από το σώμα της μητέρας, τα αυγά έχουν πολύ μικρή ποσότητα κρόκου και υποβάλλονται σε ολοβλαστική διάσπαση. Άλλα είδη, όπως τα πουλιά, με πολύ κρόκο στο αυγό για να θρέψουν το έμβρυο κατά την ανάπτυξη, υφίστανται μεροβλαστική διάσπαση.

Στα θηλαστικά, η βλαστήρα σχηματίζει τη βλαστοκύστη στο επόμενο στάδιο ανάπτυξης. Εδώ τα κύτταρα στη βλαστούλα διατάσσονται σε δύο στρώματα: την εσωτερική κυτταρική μάζα και ένα εξωτερικό στρώμα που ονομάζεται τροφοβλάστη. Η εσωτερική κυτταρική μάζα είναι επίσης γνωστή ως εμβρυοβλάστη και αυτή η μάζα κυττάρων θα συνεχίσει να σχηματίζει το έμβρυο. Σε αυτό το στάδιο ανάπτυξης, που απεικονίζεται στο Σχήμα 43.25, η εσωτερική κυτταρική μάζα αποτελείται από εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα που θα διαφοροποιηθούν στους διαφορετικούς τύπους κυττάρων που χρειάζεται ο οργανισμός. Ο τροφοβλάστης θα συμβάλει στον πλακούντα και θα θρέψει το έμβρυο.

Σύνδεσμος προς τη μάθηση

Επισκεφτείτε το έργο Virtual Human Embryo στην τοποθεσία Endowment for Human Development για να προχωρήσετε σε μια διαδραστική που δείχνει τα στάδια ανάπτυξης του εμβρύου, συμπεριλαμβανομένων μικρογραφιών και περιστρεφόμενων τρισδιάστατων εικόνων.

Γαστροστολισμός

Η τυπική βλαστίδα είναι μια μπάλα κυττάρων. Το επόμενο στάδιο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη είναι ο σχηματισμός του σχεδίου σώματος. Τα κύτταρα του βλαστού αναδιατάσσονται χωρικά για να σχηματίσουν τρία στρώματα κυττάρων. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται γαστρίωση. Κατά τη γαστρίωση, η βλαστούλα διπλώνει πάνω της για να σχηματίσει τα τρία στρώματα κυττάρων. Κάθε ένα από αυτά τα στρώματα ονομάζεται στρώμα φύτρου και κάθε στρώμα φύτρου διαφοροποιείται σε διαφορετικά συστήματα οργάνων.

Τα τρία βλαστικά στρώματα, που φαίνονται στο Σχήμα 43.26, είναι το ενδόδερμα, το εξώδερμα και το μεσόδερμα. Το εκτόδερμα δημιουργεί το νευρικό σύστημα και την επιδερμίδα. Το μεσόδερμα δημιουργεί τα μυϊκά κύτταρα και τον συνδετικό ιστό στο σώμα. Το ενδόδερμα δημιουργεί κιονοειδή κύτταρα που βρίσκονται στο πεπτικό σύστημα και πολλά εσωτερικά όργανα.

Καθημερινή σύνδεση

Είναι τα μωρά σχεδιαστών στο μέλλον μας;

Εάν μπορούσατε να αποτρέψετε το παιδί σας από μια καταστροφική γενετική ασθένεια, θα το κάνατε; Θα επιλέγατε το φύλο του παιδιού σας ή θα επιλέγατε για την ελκυστικότητα, τη δύναμη ή την ευφυΐα του; Πόσο μακριά θα φτάνατε για να μεγιστοποιήσετε την πιθανότητα αντίστασης στις ασθένειες; Η γενετική μηχανική ενός ανθρώπινου παιδιού, η παραγωγή «μωρών σχεδιαστών» με επιθυμητά φαινοτυπικά χαρακτηριστικά, ήταν κάποτε ένα θέμα που περιοριζόταν στην επιστημονική φαντασία. Αυτό δεν ισχύει πλέον: η επιστημονική φαντασία επικαλύπτεται τώρα με την επιστημονική πραγματικότητα. Πολλές φαινοτυπικές επιλογές για απογόνους είναι ήδη διαθέσιμες, με πολλές περισσότερες πιθανότητες να είναι δυνατές στο όχι πολύ μακρινό μέλλον. Ποια γνωρίσματα πρέπει να επιλεγούν και πώς πρέπει να επιλεγούν είναι θέματα μεγάλης συζήτησης στην παγκόσμια ιατρική κοινότητα. Η ηθική και ηθική γραμμή δεν είναι πάντα σαφής ή συμφωνημένη και ορισμένοι φοβούνται ότι οι σύγχρονες τεχνολογίες αναπαραγωγής θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια νέα μορφή ευγονικής.

Η ευγονική είναι η χρήση πληροφοριών και τεχνολογίας από διάφορες πηγές για τη βελτίωση της γενετικής σύνθεσης του ανθρώπινου γένους. Ο στόχος της δημιουργίας γενετικά ανώτερων ανθρώπων ήταν αρκετά διαδεδομένος (αν και αμφιλεγόμενος) σε πολλές χώρες στις αρχές του 20ου αιώνα, αλλά έπεσε σε ανυποληψία όταν η ναζιστική Γερμανία ανέπτυξε ένα εκτεταμένο πρόγραμμα ευγονικής στις δεκαετίες του 1930 και του 40. Στο πλαίσιο του προγράμματός τους, οι Ναζί στείρωσαν βίαια εκατοντάδες χιλιάδες από τους λεγόμενους «ακατάλληλους» και σκότωσαν δεκάδες χιλιάδες άτομα με θεσμική αναπηρία στο πλαίσιο ενός συστηματικού προγράμματος για την ανάπτυξη μιας γενετικά ανώτερης φυλής Γερμανών γνωστή ως Άρειοι. Έκτοτε, οι ευγονικές ιδέες δεν έχουν εκφραστεί τόσο δημόσια, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν αυτοί που τις προωθούν.

Έχουν γίνει προσπάθειες στο παρελθόν για τον έλεγχο των χαρακτηριστικών στα ανθρώπινα παιδιά χρησιμοποιώντας δωρεά σπέρματος από άνδρες με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Στην πραγματικότητα, ο ευγονικιστής Robert Klark Graham ίδρυσε μια τράπεζα σπέρματος το 1980 που περιελάμβανε δείγματα αποκλειστικά από δωρητές με υψηλό δείκτη νοημοσύνης. Η «ιδιοφυής» τράπεζα σπέρματος δεν κατάφερε να αιχμαλωτίσει τη φαντασία του κοινού και η επιχείρηση έκλεισε το 1999.

Σε πιο πρόσφατους χρόνους, έχει αναπτυχθεί η διαδικασία γνωστή ως προγεννητική γενετική διάγνωση (PGD). Η PGD περιλαμβάνει τον έλεγχο ανθρώπινων εμβρύων ως μέρος της διαδικασίας του in vitro γονιμοποίηση, κατά την οποία τα έμβρυα συλλαμβάνονται και αναπτύσσονται έξω από το σώμα της μητέρας για κάποιο χρονικό διάστημα πριν από την εμφύτευσή τους. Ο όρος PGD συνήθως αναφέρεται τόσο στη διάγνωση, την επιλογή όσο και την εμφύτευση των επιλεγμένων εμβρύων.

Στη λιγότερο αμφιλεγόμενη χρήση της PGD, τα έμβρυα ελέγχονται για την παρουσία αλληλόμορφων που προκαλούν γενετικές ασθένειες όπως η δρεπανοκυτταρική αναιμία, η μυϊκή δυστροφία και η αιμορροφιλία, στα οποία έχει εντοπιστεί ένα μεμονωμένο αλληλόμορφο που προκαλεί ασθένεια ή ζεύγος αλληλόμορφων. Εξαιρώντας τα έμβρυα που περιέχουν αυτά τα αλληλόμορφα από την εμφύτευση στη μητέρα, η ασθένεια αποτρέπεται και τα αχρησιμοποίητα έμβρυα είτε δωρίζονται στην επιστήμη είτε απορρίπτονται. Υπάρχουν σχετικά λίγοι στην παγκόσμια ιατρική κοινότητα που αμφισβητούν την ηθική αυτού του τύπου επέμβασης, η οποία επιτρέπει σε άτομα που φοβούνται να κάνουν παιδιά λόγω των αλληλόμορφων που φέρουν να το κάνουν με επιτυχία. Ο κύριος περιορισμός αυτής της διαδικασίας είναι το κόστος της. Δεν καλύπτονται συνήθως από ιατρική ασφάλιση και επομένως είναι απρόσιτα οικονομικά για τα περισσότερα ζευγάρια, μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό όλων των γεννήσεων ζωντανών γεννήσεων χρησιμοποιεί τέτοιες περίπλοκες μεθοδολογίες. Ωστόσο, ακόμη και σε περιπτώσεις όπως αυτές όπου τα ηθικά ζητήματα μπορεί να φαίνονται ξεκάθαρα, δεν συμφωνούν όλοι με την ηθική αυτών των τύπων διαδικασιών. Για παράδειγμα, για εκείνους που παίρνουν τη θέση ότι η ανθρώπινη ζωή ξεκινά από τη σύλληψη, η απόρριψη αχρησιμοποίητων εμβρύων, απαραίτητο αποτέλεσμα της PGD, είναι απαράδεκτη σε καμία περίπτωση.

Μια πιο σκοτεινή ηθική κατάσταση βρίσκεται στην επιλογή του φύλου του παιδιού, η οποία εκτελείται εύκολα από την PGD. Επί του παρόντος, χώρες όπως η Μεγάλη Βρετανία έχουν απαγορεύσει την επιλογή του φύλου του παιδιού για λόγους άλλους από την πρόληψη ασθενειών που συνδέονται με το φύλο. Άλλες χώρες επιτρέπουν τη διαδικασία για την «εξισορρόπηση της οικογένειας», με βάση την επιθυμία ορισμένων γονέων να αποκτήσουν τουλάχιστον ένα παιδί από κάθε φύλο. Άλλοι πάλι, συμπεριλαμβανομένων των Ηνωμένων Πολιτειών, έχουν υιοθετήσει μια διάσπαρτη προσέγγιση για τη ρύθμιση αυτών των πρακτικών, αφήνοντας ουσιαστικά στον μεμονωμένο ιατρό να αποφασίσει ποιες πρακτικές είναι αποδεκτές και ποιες όχι.

Ακόμη και πιο θολές είναι οι σπάνιες περιπτώσεις γονιών με αναπηρία, όπως εκείνοι με κώφωση ή νανισμό, που επιλέγουν έμβρυα μέσω PGD για να διασφαλίσουν ότι μοιράζονται την αναπηρία τους. Αυτοί οι γονείς συνήθως αναφέρουν πολλές θετικές πτυχές των αναπηριών τους και τη σχετική κουλτούρα ως λόγους για την επιλογή τους, την οποία βλέπουν ως ηθικό δικαίωμά τους. Για άλλους, η σκόπιμη πρόκληση αναπηρίας σε ένα παιδί παραβιάζει τη βασική ιατρική αρχή του Primum non nocere, «Πρώτον, μην κάνεις κακό». Αυτή η διαδικασία, αν και δεν είναι παράνομη στις περισσότερες χώρες, καταδεικνύει την πολυπλοκότητα των ηθικών θεμάτων που σχετίζονται με την επιλογή γενετικών χαρακτηριστικών στους απογόνους.

Πού θα μπορούσε να οδηγήσει αυτή η διαδικασία; Θα γίνει αυτή η τεχνολογία πιο προσιτή και πώς πρέπει να χρησιμοποιηθεί; Με την ικανότητα της τεχνολογίας να προοδεύει γρήγορα και απρόβλεπτα, η έλλειψη οριστικών κατευθυντήριων γραμμών για τη χρήση των τεχνολογιών αναπαραγωγής πριν από την εμφάνισή τους μπορεί να δυσκολέψει τους νομοθέτες να ακολουθήσουν τον ρυθμό μόλις πραγματοποιηθούν, υποθέτοντας ότι η διαδικασία χρειάζεται απολύτως κυβερνητικό κανονισμό Το Άλλοι βιοηθικοί υποστηρίζουν ότι πρέπει να ασχολούμαστε μόνο με τεχνολογίες που υπάρχουν τώρα και όχι σε κάποιο αβέβαιο μέλλον. Υποστηρίζουν ότι αυτοί οι τύποι διαδικασιών θα είναι πάντα ακριβοί και σπάνιοι, οπότε οι φόβοι της ευγονικής και των «κύριων» αγώνων είναι αβάσιμοι και υπερεκτιμημένοι. Η συζήτηση συνεχίζεται.


Εισαγωγή

Οογένεση στις φτέρες, συμπεριλαμβανομένων Pteridium aquilinum (Bell and Mühlethler 1962a, b Bell and Duckett 1976), Histiopteris incisa (Bell 1980), Osmunda cinnamomea var asiatica (Bao et al. 2003), και Dryopteris crassirhizoma (Bao et al. 2005), έχει διερευνηθεί. Αυτές οι έρευνες αποκάλυψαν ότι το αυγό των ομοσπόρων φτέρων περιβάλλεται από μια εμφανή επιπλέον μεμβράνη αυγού. Αυτή η ίδια δομή έχει θεωρηθεί ως παλτό εξαερισμού, που καλύπτει την κορυφή του αυγού, στις φτέρες Athyrium filix-femina (Fasciati et al. 1994) και Ceratopteris richardii (Lopez-Smith and Renzaglia 2008). Η μεμβράνη του επιπλέον αυγού θεωρήθηκε ότι σχηματίζεται από υλικά που προέρχονται από το αυγό (Cave and Bell 1974 Bell and Duckett 1976 Bell 1986 Bao et al. 2003, 2005). Αποκαλύψαμε προηγουμένως ότι η επιπλέον μεμβράνη αυγών του Ceratopteris thalictroides σχηματίζεται από φύλλα ER (Cao et al. 2008). Στην επάνω μεμβράνη του επιπλέον αυγού υπάρχει ένας πόρος γονιμοποίησης μέσω του οποίου το σπερματοζωάριο μπορεί να διεισδύσει στο ωάριο (Cao et al. 2009), αλλά η διαδικασία σχηματισμού αυτού του πόρου γονιμοποίησης ήταν ασαφής. Εδώ περιγράφουμε αναλυτικά τον σχηματισμό του πόρου γονιμοποίησης κατά την ωογένεση της φτέρης ντο. θαλικροειδώνΤο Και η οντογενετική σχέση μεταξύ του κυττάρου του κοιλιακού καναλιού και του ωαρίου στην ωογένεση αναφέρεται για πρώτη φορά. Περιγράφονται τα κυτταρολογικά χαρακτηριστικά των κυττάρων που συμμετέχουν στην ωογένεση. Οι λειτουργίες αυτών των κυττάρων στην ωογένεση συζητούνται επίσης.


Αυτογονιμοποίηση

Οι συντάκτες μας θα ελέγξουν αυτά που υποβάλατε και θα καθορίσουν εάν θα αναθεωρήσουν το άρθρο.

Αυτο-γονιμοποίηση, σύντηξη αρσενικών και θηλυκών γαμετών (σεξουαλικά κύτταρα) που παράγονται από το ίδιο άτομο. Η αυτογονιμοποίηση συμβαίνει σε αμφίφυλους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων ανθοφόρων φυτών, πολλών πρωτόζωων και πολλών ασπόνδυλων. Η αυτογαμία, η παραγωγή γαμετών με τη διαίρεση ενός γονικού κυττάρου, βρίσκεται συχνά σε μονοκύτταρους οργανισμούς όπως το πρωτόζωο ΠαραμήκιοΤο Αυτοί οι οργανισμοί, ωστόσο, μπορούν επίσης να αναπαραχθούν μέσω σύζευξης, στην οποία η διασταυρούμενη γονιμοποίηση επιτυγχάνεται με την ανταλλαγή γενετικού υλικού σε μια κυτταροπλασματική γέφυρα μεταξύ δύο ατόμων. Ομοίως, μεταξύ των ανώτερων φυτών, τα περισσότερα από τα οποία είναι μονόοικα (δηλ. αμφιφυλόφιλοι-αρσενικοί και θηλυκοί γαμέτες που παράγονται από το ίδιο άτομο), τα περισσότερα είδη που αυτο-γονιμοποιούνται είναι επίσης ικανά για διασταυρούμενη γονιμοποίηση, και ακόμη και αυτά που είναι υποχρεωτικά αυτολιπάσματα διασταυρώνονται κατά λάθος. Τα ερμαφρόδιτα ζώα (εκείνα στα οποία αρσενικοί και θηλυκοί γονάδες γεννιούνται σε ένα άτομο) σπάνια μπορούν να αυτο-γονιμοποιηθούν, αφού πολλά τέτοια είδη έχουν προσαρμογές που ενθαρρύνουν τη διασταυρούμενη γονιμοποίηση.

Ως εξελικτικός και αναπαραγωγικός μηχανισμός, η αυτο-γονιμοποίηση επιτρέπει σε ένα απομονωμένο άτομο να δημιουργήσει έναν τοπικό πληθυσμό και σταθεροποιεί τα επιθυμητά γενετικά στελέχη, αλλά αποτυγχάνει να προσφέρει σημαντικό βαθμό μεταβλητότητας σε έναν πληθυσμό και έτσι περιορίζει τις δυνατότητες προσαρμογής στις περιβαλλοντικές αλλαγές.


Βιολογία της γονιμοποίησης

Biology of Fertilization, Volume 1: Model Systems and Oogenesis είναι το πρώτο σε μια σειρά τριών τόμων που συγκεντρώνει διάφορες σειρές ερευνών σχετικά με την αναπαραγωγή γενικά και τη γονιμοποίηση ειδικότερα. Η γνώση σχετικά με την κυτταρική βιολογία, την ανοσοβιολογία, τη βιοχημεία, τη βιοφυσική και τη μοριακή γενετική έχει προχωρήσει σημαντικά πέρα ​​από την κατανόησή μας για ορισμένες πτυχές της γονιμοποίησης. Τα συστατικά αυτών αποτελούν συστήματα & quot & quot & model & quot; & quot Το βιβλίο περιέχει 12 κεφάλαια οργανωμένα σε δύο ενότητες. Το τμήμα I περιλαμβάνει μελέτες για την εξέλιξη, την αναπαραγωγική επιτυχία και την αθανασία της γραμμής των μικροβίων, τις δομές και τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στα προβλήματα γονιμοποίησης και γονιμοποίησης στο Paramecium. Το τμήμα II για την ωογένεση περιλαμβάνει μελέτες για τη διαφοροποίηση γαμετών που καθορίζει το φύλο του αντιγόνου H-Y σε θηλαστικά και μη θηλαστικά, τον μηχανισμό της μειωτικής ανακοπής ωρίμανσης ωοκυττάρων αστερίας σε ωοκύτταρα ζώων και τις μιτωτικές και μειοτικές πτυχές του κύκλου ζωής των γεννητικών κυττάρων θηλαστικών.

Biology of Fertilization, Volume 1: Model Systems and Oogenesis είναι το πρώτο σε μια σειρά τριών τόμων που συγκεντρώνει διάφορες σειρές ερευνών σχετικά με την αναπαραγωγή γενικά και τη γονιμοποίηση ειδικότερα. Η γνώση σχετικά με την κυτταρική βιολογία, την ανοσοβιολογία, τη βιοχημεία, τη βιοφυσική και τη μοριακή γενετική έχει προχωρήσει σημαντικά πέρα ​​από την κατανόησή μας για ορισμένες πτυχές της γονιμοποίησης. Τα συστατικά αυτών αποτελούν «συστήματα μοντέλων». Ο παρών τόμος περιλαμβάνει ανασκοπήσεις τέτοιων συστημάτων, μερικά σχετικά απλά μοντέλα συστημάτων σε κατώτερους οργανισμούς, μηχανισμούς προσδιορισμού του φύλου και ωογένεση. Το βιβλίο περιέχει 12 κεφάλαια οργανωμένα σε δύο ενότητες. Το τμήμα I περιλαμβάνει μελέτες για την εξέλιξη, την αναπαραγωγική επιτυχία και την αθανασία της γραμμής των μικροβίων, τις δομές και τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στα προβλήματα γονιμοποίησης και γονιμοποίησης στο Paramecium. Το τμήμα II για την ωογένεση περιλαμβάνει μελέτες για τη διαφοροποίηση γαμετών που καθορίζει το φύλο του αντιγόνου H-Y σε θηλαστικά και μη θηλαστικά, τον μηχανισμό της μειωτικής ανακοπής ωρίμανσης ωοκυττάρων αστερίας σε ωοκύτταρα ζώων και τις μιτωτικές και μειοτικές πτυχές του κύκλου ζωής των γεννητικών κυττάρων θηλαστικών.


Pythium: Ενδιαίτημα, συμπτώματα και αναπαραγωγή | Μαστιγομυκοτίνα

Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε για το Pythium. Αφού διαβάσετε αυτό το άρθρο θα μάθετε για: 1. Συνήθεια και βιότοπος του Pythium 2. Συμπτώματα Πυθίου 3. Βλαστητική δομή 4. Αναπαραγωγή 5. Ασθένειες που προκαλούνται 6. Μέτρα ελέγχου.

  1. Habit and Habitat of Pythium
  2. Συμπτώματα του Pythium
  3. Φυτική Δομή Πυθίου
  4. Αναπαραγωγή στο Pythium
  5. Ασθένειες που προκαλούνται από το Pythium
  6. Μέτρα ελέγχου του Pythium

1. Habit and Habitat of Pythium:

Το γένος αντιπροσωπεύεται από περίπου 92 είδη που είναι κοσμοπολίτικα σε κατανομή. Το είδος μπορεί να είναι υδάτινο, χερσαίο ή αμφίβιο στο περιβάλλον. Περίπου 28 είδη Pythium έχουν αναφερθεί από την Ινδία. Ο μύκητας είναι προαιρετικό παράσιτο και ζει σαπροφυτικά στο υγρό χούμο στο έδαφος και προσβάλλει τα σπορόφυτα σε επίπεδο εδάφους. Στη συνέχεια, ζει ως παράσιτο.

Αναπτύσσεται επίσης εύκολα σε επιπλέουσες φυτικές ύλες και ζώα σε αποσύνθεση. Απόσβεση ”, “Μαλακή σήψη ”, “Η σήψη του σιταριού ”, ή η σήψη “ του πέλματος ” των δενδρυλλίων είναι συχνές ασθένειες που προκαλούνται από τον μύκητα. Το P. debaryanum προκαλεί & απομάκρυνση της ασθένειας του καπνού, της μουστάρδας, των τσίλιων και των δενδρυλλίων κάρδαμου. Η υπερβολική υγρασία, η παρουσία υπερβολικής αποσυντιθέμενης ύλης στο έδαφος, ο συνωστισμός των δενδρυλλίων και η ανεπαρκής έκθεση στον αέρα και το φως είναι οι προδιαθεσικοί λόγοι για την εμφάνιση αυτής της ασθένειας.

2. Συμπτώματα Pythium:

Τα νεαρά δενδρύλλια προσβάλλονται κοντά στο επίπεδο του εδάφους. Αρχικά κανένα εξωτερικό σύμπτωμα της παρουσίας του δεν είναι αισθητό στον ξενιστή, αλλά αφού έχει πάρει ένα σταθερό κράτημα, τα σπορόφυτα γίνονται ανοιχτό πράσινα και εμφανίζουν μια αδύναμη, τσαλακωμένη θέση ζώνης καφέ χρώματος στο στέλεχος κοντά στην επιφάνεια του εδάφους.

Σε αυτό το σημείο τα φλοιώδη κύτταρα σκοτώνονται καθιστώντας τον ιστό αδύναμο. Οι μολυσμένοι ιστοί φαίνονται μαλακοί και εμποτισμένοι με νερό. Τα μολυσμένα σπορόφυτα καταρρέουν. Το πάνω μέρος του δενδρυλλίου κάμπτεται ή ανατρέπεται με χαρακτηριστικό τρόπο (Εικ. 1). Αυτό το περίεργο σύμπτωμα της νόσου είναι γνωστό ως “damping off ”.

Η ασθένεια εμφανίζεται σε δύο στάδια:

1. Προεμφανιζόμενη φάση:

Τα νεαρά σπορόφυτα σκοτώνονται πριν βγουν από το έδαφος.

2. Μετα-αναδυόμενη φάση:

Πετάξτε πάνω από τα μολυσμένα σπορόφυτα αφού βγουν από την επιφάνεια του εδάφους.

3. Φυτική Δομή Πυθίου:

Το μυκήλιο εμφανίζεται ως λευκή, χνουδωτή μάζα. Είναι καλά ανεπτυγμένο, διακλαδισμένο, δια- ή ενδοκυτταρικό (Εικ. 1Α Β), πολυπύρηνο και χωρίς διαφράγματα (κοινοκυτταρικό). Haustoria δεν παράγονται. Το υλικό των τροφίμων απορροφάται από υφάλους τοίχους. Τα Septa εμφανίζονται μόνο σε συνδυασμό με το σχηματισμό των γεννητικών οργάνων. Το κυτταρικό τοίχωμα στερείται χιτίνης και αντίθετα αποτελείται από γλυκάνη και κυτταρίνη.

Το κυτταρικό τοίχωμα περικλείει κενοποιημένο κυτταρόπλασμα, μιτοχόνδρια, έναν πυρήνα, ενδοπλασματικό δίκτυο, ριβοσώματα, σφαιρίδια ελαίου και γλυκογόνο με τη μορφή εφεδρικής τροφής. Οι διακλαδισμένες ύφες μοιάζουν πολύ με τα νήματα της Vaucheria, μέλους των Chlorophvceae.

4. Αναπαραγωγή στο Pythium:

Ο μύκητας αναπαράγεται με ασεξουαλικές και σεξουαλικές μεθόδους.

(i) Ασεξουαλική αναπαραγωγή:

Η ασεξουαλική αναπαραγωγή γίνεται με το σχηματισμό σποραγγείων. Η σποραγγία μπορεί να είναι τερματική (Εικ. 3 Α, Β) ή ενδιάμεση στη θέση της και παράγεται στις εναέριες ύφες. Δεν υπάρχουν εξειδικευμένα σποραγγειόφορα για την παραγωγή σποραγγιών. Η τερματική ή η ενδιάμεση θέση μιας υφής μεγεθύνεται και γίνεται σφαιρική και αρχίζει να λειτουργεί ως σποραγγειακή αρχική.

Αποκόπτεται από το υπόλοιπο μυκήλιο με ένα εγκάρσιο διάφραγμα. Τα σποραγγεία είναι πολυπύρηνα και μπορεί να είναι νηματοειδή, σωληνοειδή ή σφαιρικά. Τα σποράγγια βλασταίνουν έμμεσα ή άμεσα. Έμμεση βλάστηση. Κάτω από ευνοϊκές συνθήκες (υψηλή υγρασία) τα σποραγγεία συμπεριφέρονται ως ζωοσποράγγια. Και παράγουν ζωοσπόρια. Το σποράγγιο βλασταίνει με βλαστικό σωλήνα ή σχηματίζοντας υφά. Και τα δύο καταλήγουν σε ένα κυστίδιο με λεπτό τοίχωμα (Εικ. 3 C).

Η διάσπαση του κυτταροπλάσματος για να σχηματίσει ζωοσπόρια ξεκινά μέσα στο σποράγγειο αλλά ολοκληρώνεται εντός του κυστιδίου (Εικ. 3 Δ). Οκτώ έως είκοσι ζωοσπόρια σχηματίζονται μέσα στο κυστίδιο. Ο τοίχος του ericle σκάει σαν φούσκα σαπουνιού και τα ζωοσπόρια κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις (Εικ. 3 E).

Τα ζωοσπόρια ή Reni σχηματίζονται, μη πυρηνικά και διμαστιγιακά (Εικ. 3 Ε). Το ένα μαστίγιο είναι τύπου πούλιες και το άλλο είναι τύπου μαστιγίου (Εικ. 3 Ε). Τα μαστίγια εισάγονται πλευρικά στην κατάθλιψη. Τα ζωοσπόρια κολυμπούν μόνο για λίγο και ξεκουράζονται.

Ανασύρουν τη μαστίγια, στρογγυλοποιούνται και εγκυκλώνουν εκκρίνοντας ένα λεπτό τοίχωμα γύρω από τον σποραγγικό πολλαπλασιασμό, δηλ. Σχηματισμό δευτερογενών σποραγγιών από την πρωταρχική (π.χ., P. proliferum Εικ. 3. F, G) και πάλι σχηματισμό ζωοσπορίων από τους εγκυκλωμένους ζωοσπόρους αναφέρθηκε επίσης. Ο βλαστικός σωλήνας αναπτύσσεται από το εγκυστωμένο ζωοσπόριο το οποίο μολύνει τον ξενιστή εισερχόμενο μέσω των στομάτων ή επανεισδύοντας απευθείας στα επιδερμικά κύτταρα του ξενιστή.

Κάτω από μη ευνοϊκές συνθήκες (ξηρές συνθήκες), τα σποράγγια συμπεριφέρονται ως κονίδια και ονομάζονται κονιδιοσποράγγια. Δεν παράγει ζωοσπόρια, αλλά βλασταίνει απευθείας για να σχηματίσει ένα βλαστικό σωλήνα.

(ii) Σεξουαλική αναπαραγωγή:

Η σεξουαλική αναπαραγωγή είναι ωογόνος και συμβαίνει κάτω από δυσμενείς συνθήκες στο τέλος της καλλιεργητικής περιόδου του μύκητα. Το πύθιο είναι ομοθαλικό, δηλαδή, τα αρσενικά και τα θηλυκά όργανα του φύλου αναπτύσσονται σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους, είτε στην ίδια είτε σε διαφορετική ύφα ενσωματωμένη στον ιστό ξενιστή. Ωστόσο, ορισμένα είδη είναι ετεροθαλικά π.χ., P. heterothalicum, P. sylvaticum. Τα ανδρικά και θηλυκά σεξουαλικά όργανα ονομάζονται ανθραδία και ωογονία, αντίστοιχα.

Ανθερίδιο:

Κάθε ανθερίδιο έχει σχήμα κλαδίσκου, παραγυνικό (παρόν στην πλευρά του αρχέγονου) και πολυπύρηνο. Αναδύεται ως κλαδί του μίσχου του ωογονίου (μονόκλινο) ή σε ξεχωριστό ύφα (δίκλινο). Το αρσενικό κλαδί διογκώνεται ελαφρώς στις άκρες.

Ένα εγκάρσιο διάφραγμα εμφανίζεται μεταξύ του φουσκωμένου τμήματος και του υπόλοιπου τμήματος της υφής (Εικ. 4 A-D). Το διογκωμένο τμήμα ονομάζεται ανθερίδιο. Κατά την ωριμότητα όλοι οι ανθεριδικοί πυρήνες εκτός από έναν εκφυλισμένο και ο επιζών πυρήνας ονομάζεται λειτουργικός πυρήνας (Εικ. 4 Ε). Πολλά ανθηρίδια 1-6) παρατηρούνται μερικές φορές σε συνδυασμό με ένα ωογόνιο.

Είναι μια σφαιρική, σφαιρική, λεία τοιχοποιία κατασκευή. Αναπτύσσεται στην άκρη του υφάλου (τερματικό) (Εικ. 4, Α-Δ). Μερικές φορές είναι επίσης ενδιάμεση στη θέση. Η άκρη του υφού διογκώνεται και σύντομα αποκόπτεται από τον κύριο ύφα με το σχηματισμό ενός διαφράγματος.

Κατά την ωριμότητα το πρωτόπλασμα του διαφοροποιείται σε εξωτερικό λεπτό σπογγώδες τμήμα που επενδύει το ωογονικό τοίχωμα, το περίπλασμα και το εσωτερικό, κοκκώδες πυκνότερο στρογγυλεμένο τμήμα, το ωόπλασμα ή την ωόσφαιρα (Εικ. 4 Ε). Το ωόπλασμα περιέχει έναν μόνο θηλυκό πυρήνα, ενώ οι άλλοι πυρήνες μέσα στο περίπλασμα εκφυλίζονται.

Καθώς το ανθερίδιο ωριμάζει, κάμπτεται προς το ωογόνιο (γαμεταγαγγειακή επαφή) στο οποίο εφαρμόζεται στενά. Το τοίχωμα του ανθεριδίου και του ωωνίου διαλύεται στο σημείο επαφής. Το Antheridium ανέπτυξε έναν λεπτό σωλήνα γονιμοποίησης ή σωλήνα διείσδυσης ο οποίος διεισδύει στο περίπλασμα και φτάνει στο ωόπλασμα (εικ. F, G). Ο λειτουργικός αρσενικός πυρήνας εισέρχεται στο ωομόνιο μέσω του σωλήνα γονιμοποίησης και συγχωνεύεται με το θηλυκό και σχηματίζει έναν διπλοειδή ζυγωτικό πυρήνα (Εικ. 4 Ι).

Ο πυρήνας του ζυγώτη εκκρίνει ένα παχύ διπλό τοίχωμα και ονομάζεται ωόσπορο. (Εικ. 4 I). Το εξωτερικό τοίχωμα είναι παχύ και ονομάζεται exine ενώ το εσωτερικό τοίχωμα είναι λεπτό και ονομάζεται intine. Το ωοσπόριο είναι ένα σπόριο ηρεμίας. Είναι γεμάτο με άφθονο εφεδρικό υλικό τροφίμων.

Βλάστηση του οσπόρου:

Το Oospore βλασταίνει παρουσία υγρασίας. Η εξώθηση σπάει και η εσοχή βγαίνει με τη μορφή μικροβιακού σωλήνα. Ο ζυγωτικός πυρήνας διαιρείται, η πρώτη διαίρεση είναι η μείωση. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Sansome (1961, 1963) η μείωση εμφανίζεται στην ωογονία και την ανθηρίδια του P. debaryanum. Εάν η θερμοκρασία είναι υψηλή (28 ° C) ο σωλήνας φύτρου εξελίσσεται απευθείας σε μυκήλιο (Εικ. 5Α-Ε).

Ωστόσο, εάν η θερμοκρασία είναι χαμηλή (10-17 ° C) και υπάρχει αρκετή υγρασία, το περιεχόμενο του οσπόρου μεταναστεύει στο σποράγγιο μέσω του σωλήνα μικροβίου. Το σποράγγιο συμπεριφέρεται σαν ζωοσποράγγιο και παράγει ζωοσπόρια όπως στην ασεξουαλική αναπαραγωγή (Εικ. 5α-ε). Μερικές φορές (για παράδειγμα, P. anandrum) ζωοσπόρια σχηματίζονται απευθείας στο εσωτερικό του ωοσπόρου. Απελευθερώνονται αργότερα σε κυστίδιο (Εικ. 5. 1-5). Μερικές φορές το ζωοσποράγγιο αποσπάται και συμπεριφέρεται σαν κονίδιο.

5. Ορισμένες ασθένειες που προκαλούνται από το Pythium:

6. Μέτρα ελέγχου του Pythium:

1. Θα πρέπει να διατηρείται το σωστό σύστημα αποστράγγισης του χωραφιού.

2. Θα πρέπει να αποφεύγεται η υλοτομία νερού στο έδαφος και το υπερβολικό πότισμα.

3. Πρέπει να παρέχεται επαρκής εξαερισμός.

4. Πρέπει να αποφεύγεται η πολύ χοντρή σπορά στις κλίνες σπόρων.

5. Το έδαφος πρέπει να αποστειρώνεται χρησιμοποιώντας ατμό, ξηρή θερμότητα ή χημικά όπως φορμαλδεhyδη αραιωμένη σε νερό (1: 50) και μίγμα Μπορντό (μισό γαλόνι ανά τετραγωνικό πόδι).

6. Το έδαφος μπορεί να υποκαπνιστεί με χλωροπικρίνη ή μεθυλοβρωμίδιο.

7. Η απομάκρυνση του εδάφους με 0,2% Fytolan, 0,5% Perenox και 0,2% flit είναι πολύ αποτελεσματική μέθοδος για τον έλεγχο της απόσβεσης της νόσου.

8. Για την προφυτρωτική φάση της νόσου, οι σπόροι πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία με Biltox-50 και Arasan.

9. Χημικές ουσίες όπως το Chloroneb (1, 4-διχλωρο 2-5 διμεθοξυ-βενζόλιο) μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε σπορόφυτα πιπεριού, φασολιού, ντομάτας κ.λπ.


Οι «σπινθήρες» ψευδαργύρου πετούν από το αυγό μέσα σε λίγα λεπτά από τη γονιμοποίηση

Η μελέτη που χρηματοδοτήθηκε από το NIH για αυγά ζώων αποκαλύπτει τον κύριο ρόλο του μετάλλου.

Πρόσφατα ευρήματα υποδηλώνουν σημαντικό ρόλο του ψευδαργύρου στην αναπαραγωγή. Σε παρατηρήσεις από κύτταρα αυγών, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μαζική πρόσληψη ψευδαργύρου μπορεί να θέσει φρένο στην κυτταρική διαίρεση καθώς το ωάριο ωριμάζει και περιμένει τη γονιμοποίηση (Α). Η γονιμοποίηση του ωαρίου (Β) πυροδοτεί κυκλικές αλλαγές στα επίπεδα του ασβεστίου (C). Παράγει επίσης σπινθήρες ψευδαργύρου (D) από την κυψέλη που σηκώνουν το φρένο κατά την ανάπτυξη. NICHD/NIH

Κατά τη γονιμοποίηση, μια μαζική απελευθέρωση του μετάλλου ψευδαργύρου φαίνεται να θέτει το γονιμοποιημένο ωάριο στο δρόμο προς τη διαίρεση και την ανάπτυξη σε έμβρυο, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μελετών σε ζώα που υποστηρίζονται από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας.

Η εκκένωση ψευδαργύρου ακολουθεί τη σταθερή συσσώρευση ατόμων ψευδαργύρου από το ωάριο στα αναπτυξιακά στάδια πριν από τη γονιμοποίηση. Οι ερευνητές τεκμηρίωσαν την έκκριση λούζοντας τα αυγά σε ένα διάλυμα που εκπέμπει φως όταν εκτίθεται σε ψευδάργυρο. Αναφέρθηκαν στην εκκένωση ψευδαργύρου και στο συνοδευτικό φως που αναβοσβήνει ως σπινθήρες ψευδαργύρου.

«Η ανακάλυψη της μαζικής πρόσληψης ωαρίων και η μετέπειτα απελευθέρωση ψευδαργύρου καθορίζει έναν νέο ρόλο για αυτό το στοιχείο στη βιολογία», δήλωσε ο Louis DePaolo, επικεφαλής του κλάδου αναπαραγωγικών επιστημών στο Εύνις Κένεντι Σράιβερ Εθνικό Ινστιτούτο Παιδικής Υγείας και Ανθρώπινης Ανάπτυξης (NICHD), ένα από τα ινστιτούτα NIH που υποστηρίζουν τη μελέτη. «Αναμένουμε ότι τα ευρήματα θα οδηγήσουν μια μέρα σε πληροφορίες χρήσιμες για τη θεραπεία της υπογονιμότητας καθώς και για την ανάπτυξη νέων τρόπων για την πρόληψη της γονιμοποίησης».

Οι συγγραφείς της μελέτης προτείνουν ότι ο ψευδάργυρος λειτουργεί ως διακόπτης, απενεργοποιώντας τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης ενώ το ωάριο ωριμάζει και ενεργοποιώντας το ξανά μετά τη γονιμοποίηση.

«Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι ο ψευδάργυρος είναι απαραίτητος για την ανάπτυξη ενός υγιούς ωαρίου και, εν τέλει, ενός υγιούς εμβρύου», δήλωσε η Teresa Woodruff, Ph.D., μία από τις ανώτερες συγγραφείς του άρθρου.

Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης είναι η Alison M. Kim, Ph.D., του Northwestern University, Evanston, Ill. Οι άλλοι συγγραφείς είναι οι Miranda L. Bernhardt, Betty Y. Kong, Richard W. Ahn, Dr. Woodruff και Thomas V. O «Halloran, Ph.D., του Northwestern, και Stefan Vogt, Ph.D., του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne, Ουάσιγκτον, DC

Τα ευρήματά τους εμφανίζονται στο τεύχος Ιουλίου του ACS Chemical Biology.

Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές παρατήρησαν κύτταρα αυγών από ποντίκια και πιθήκους. Για τη διεξαγωγή της μελέτης, επινόησαν ένα μικροσκόπιο που θα τους επέτρεπε να δουν τη συγκέντρωση και την κατανομή των ατόμων ψευδαργύρου σε μεμονωμένα κύτταρα. Με τη βοήθεια της χημικής ουσίας που εκπέμπει φως όταν εκτίθεται σε ψευδάργυρο, οι ερευνητές κατέγραψαν τους πρώτους σπινθήρες ψευδαργύρου 20 λεπτά μετά τη γονιμοποίηση. Most fertilized eggs released two or three rounds of sparks, but the researchers saw as few as one and as many as five within the first two hours after fertilization. The sparks flared every 10 minutes, on average.

Previous research had shown that fertilization triggers cyclical changes in the level of calcium in the egg cell. The researchers noted that the zinc sparks always occurred after a peak in calcium levels inside the cell.

“The number, timing and intensity of these sparks could tell us something important about the quality of the egg and will be an important area for future research,” said Dr. O’Halloran, the article’s other senior author. “It’s may also be worth investigating whether the amount of zinc in a woman’s diet plays a role in fertility.”

Additional experiments helped confirm a role for zinc in the fertilization process. Typically, once the egg is released from the ovary, it must get rid of excess chromosomes in two stages as it prepares to fuse with the sperm. The team’s earlier research showed that the early accumulation of zinc is essential for properly completing the first stage, Dr. O’Halloran explained. The latest results suggest that zinc may act as a brake in between these stages, as the egg awaits fertilization. If the cell is fertilized, the zinc release appears to lift the brake. The cell discards its excess genetic material and begins to divide.

The researchers also showed that even unfertilized eggs would start to divide if zinc levels were artificially reduced, mimicking release. In addition, when fertilized cells were forced to take on additional zinc, the process was reversed.

“We have shown that zinc appears to regulate this precisely calibrated, intricate process,” Dr. Woodruff said. “The findings give us new insights into what these cells need to grow and mature properly.”


Αφηρημένη

Epigenetic dynamics, such as DNA methylation and chromatin accessibility, have been extensively explored in human preimplantation embryos. However, the active demethylation process during this crucial period remains largely unexplored. In this study, we use single-cell chemical-labeling-enabled C-to-T conversion sequencing (CLEVER-seq) to quantify the DNA 5-formylcytosine (5fC) levels of human preimplantation embryos. We find that 5-formylcytosine phosphate guanine (5fCpG) exhibits genomic element-specific distribution features and is enriched in L1 and endogenous retrovirus-K (ERVK), the subfamilies of repeat elements long interspersed nuclear elements (LINEs) and long terminal repeats (LTRs), respectively. Unlike in mice, paired pronuclei in the same zygote present variable difference of 5fCpG levels, although the male pronuclei experience stronger global demethylation. The nucleosome-occupied regions show a higher 5fCpG level compared with nucleosome-depleted ones, suggesting the role of 5fC in organizing nucleosome position. Collectively, our work offers a valuable resource for ten-eleven translocation protein family (TET)-dependent active demethylation-related study during human early embryonic development.

Citation: Gao Y, Li L, Yuan P, Zhai F, Ren Y, Yan L, et al. (2020) 5-Formylcytosine landscapes of human preimplantation embryos at single-cell resolution. PLoS Biol 18(7): e3000799. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000799

Academic Editor: Christa Buecker, Max F Perutz Laboratories Center of Molecular Biology, AUSTRIA

Received: January 26, 2020 Accepted: July 13, 2020 Published: July 30, 2020

Copyright: © 2020 Gao et al. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.

Data Availability: The raw data of CLEVER-seq are deposited at the Genome Sequence Archive for Human (GSA-Human) under the accession code HRA000194, while the processed data are deposited at the Gene Expression Omnibus (GEO) under the accession code GSE124035.

Funding: This project was supported by Beijing Municipal Science & Technology Commission (Z181100001318001 to F.T.). This project was also supported by grants from National Key R&D Program of China (2018YFC1003100 to L.W., 2018YFA0107601 and 2017YFA0102702 to F.T.). This project was also supported by grants from the National Natural Science Foundation of China (81521002 to J.Q. and F.T., 81730038 and 31871482 to J.Q., 31571544 and 31871447 to L.Y., 31625018 to F.T.). The work was also supported by the Beijing Advanced Innovation Center for Genomics at Peking University (F.T. and J.Q.). The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.

Competing interests: The authors have declared that no competing interests exist.

Συντομογραφίες: bp, base pairs CGI, CpG island ChIP-seq, chromatin immunoprecipitation sequencing CLEVER-seq, chemical-labeling-enabled C-to-T conversion sequencing CNV, copy number variation CpG, cytosine phosphate guanine CTCF, CCCTC-binding factor dbSNP, database of single nucleotide polymorphism DHS, DNase I hypersensitive sites ERVK, endogenous retrovirus-K GEO, Gene Expression Omnibus HB, Holm–Bonferroni HCP, high-density CpG promoter hESC, human embryonic stem cell ICM, inner cell mass ICP, intermediated-density CpG promoter ICSI, intracytoplasmic sperm injection IVF, in vitro fertilisation LCP, low-density CpG promoter LINE, long interspersed nuclear element LTR, long terminal repeat MALBAC, multiple annealing- and looping-based amplification cycles MIR, mammalian-wide interspersed repeat NDR, nucleosome-depleted region PCA, principal component analysis PCR, polymerase chain reaction RPKM, reads per kilobase of transcript per million mapped reads scCOOL-seq, chromatin overall omic-scale landscape sequencing SINE, short interspersed nuclear element SNP, single nucleotide polymorphism SVA, SINE/variable number of tandem repeats/Alu TE, trophectoderm TET, ten-eleven translocation protein family t-SNE, t-distributed stochastic neighbor embedding TTS, transcriptional termination site UTR, untranslated region 5caC, 5-carboxylcytosine 5fC, 5-formylcytosine 5fCpG, 5-formylcytosine phosphate guanine 5hmC, 5-hydroxymethylcytosine 5mC, 5-methylcytosine


43.5A: Fertilization - Biology

In this section, you will explore the following questions:

  • How does fertilization occur?
  • How does the embryo form from the zygote?
  • What are the roles of cleavage and fertilization in animal development?

Connection for AP ® Courses

The information in this section is not within the scope for AP ® other than to note that the process by which an organism develops from a single-celled zygote to a multi-cellular organism with specialized cells, tissues, and organs is complex and well regulated. The organization into a multi-cellular organism is regulated by an organism’s genes. Cell differentiation is a result of specific gene expression, and homeotic (HOX) genes and morphogens control the pattern and timing of developmental stages.

Information presented and examples highlighted in this section are not within the scope for AP ® and do not align to the Curriculum Framework.

Γονιμοποίηση

Fertilization, pictured in Figure 34.20ένα is the process in which gametes (an egg and sperm) fuse to form a zygote. The egg and sperm each contain one set of chromosomes. To ensure that the offspring has only one complete diploid set of chromosomes, only one sperm must fuse with one egg. In mammals, the egg is protected by a layer of extracellular matrix consisting mainly of glycoproteins called the zona pellucidaΤο When a sperm binds to the zona pellucida, a series of biochemical events, called the acrosomal reactions, take place. In placental mammals, the acrosome contains digestive enzymes that initiate the degradation of the glycoprotein matrix protecting the egg and allowing the sperm plasma membrane to fuse with the egg plasma membrane, as illustrated in Figure 34.20σιΤο The fusion of these two membranes creates an opening through which the sperm nucleus is transferred into the ovum. The nuclear membranes of the egg and sperm break down and the two haploid genomes condense to form a diploid genome.

To ensure that no more than one sperm fertilizes the egg, once the acrosomal reactions take place at one location of the egg membrane, the egg releases proteins in other locations to prevent other sperm from fusing with the egg. If this mechanism fails, multiple sperm can fuse with the egg, resulting in πολυσπερμίαΤο The resulting embryo is not genetically viable and dies within a few days.

Cleavage and Blastula Stage

The development of multi-cellular organisms begins from a single-celled zygote, which undergoes rapid cell division to form the blastula. The rapid, multiple rounds of cell division are termed cleavage. Cleavage is illustrated in (Figure 34.21ένα). After the cleavage has produced over 100 cells, the embryo is called a blastula. The blastula is usually a spherical layer of cells (the blastoderm) surrounding a fluid-filled or yolk-filled cavity (the blastocoel). Mammals at this stage form a structure called the blastocyst, characterized by an inner cell mass that is distinct from the surrounding blastula, shown in Figure 34.21σιΤο During cleavage, the cells divide without an increase in mass that is, one large single-celled zygote divides into multiple smaller cells. Each cell within the blastula is called a blastomere.

Η διάσπαση μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: ολοβλαστικό (ολική) διάσπαση ή μεροβλαστικό (μερική) διάσπαση. The type of cleavage depends on the amount of yolk in the eggs. In placental mammals (including humans) where nourishment is provided by the mother’s body, the eggs have a very small amount of yolk and undergo holoblastic cleavage. Other species, such as birds, with a lot of yolk in the egg to nourish the embryo during development, undergo meroblastic cleavage.

In mammals, the blastula forms the blastocyst in the next stage of development. Here the cells in the blastula arrange themselves in two layers: the inner cell mass, and an outer layer called the trophoblastΤο The inner cell mass is also known as the embryoblast and this mass of cells will go on to form the embryo. At this stage of development, illustrated in Figure 34.22 the inner cell mass consists of embryonic stem cells that will differentiate into the different cell types needed by the organism. The trophoblast will contribute to the placenta and nourish the embryo.

LINK TO LEARNING

Visit the Virtual Human Embryo project at the Endowment for Human Development site to step through an interactive that shows the stages of embryo development, including micrographs and rotating 3-D images.

Gastrulation

The typical blastula is a ball of cells. The next stage in embryonic development is the formation of the body plan. The cells in the blastula rearrange themselves spatially to form three layers of cells. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται gastrulationΤο During gastrulation, the blastula folds upon itself to form the three layers of cells. Each of these layers is called a germ layer and each germ layer differentiates into different organ systems.

The three germs layers, shown in Figure 34.23, are the endoderm, the ectoderm, and the mesoderm. The ectoderm gives rise to the nervous system and the epidermis. The mesoderm gives rise to the muscle cells and connective tissue in the body. The endoderm gives rise to columnar cells found in the digestive system and many internal organs.

EVERYDAY CONNECTION

Are Designer Babies in Our Future?

If you could prevent your child from getting a devastating genetic disease, would you do it? Would you select the sex of your child or select for their attractiveness, strength, or intelligence? How far would you go to maximize the possibility of resistance to disease? The genetic engineering of a human child, the production of "designer babies" with desirable phenotypic characteristics, was once a topic restricted to science fiction. This is the case no longer: science fiction is now overlapping into science fact. Many phenotypic choices for offspring are already available, with many more likely to be possible in the not too distant future. Which traits should be selected and how they should be selected are topics of much debate within the worldwide medical community. The ethical and moral line is not always clear or agreed upon, and some fear that modern reproductive technologies could lead to a new form of eugenics.

Eugenics is the use of information and technology from a variety of sources to improve the genetic makeup of the human race. The goal of creating genetically superior humans was quite prevalent (although controversial) in several countries during the early 20 th century, but fell into disrepute when Nazi Germany developed an extensive eugenics program in the 1930's and 40's. As part of their program, the Nazis forcibly sterilized hundreds of thousands of the so-called "unfit" and killed tens of thousands of institutionally disabled people as part of a systematic program to develop a genetically superior race of Germans known as Aryans. Ever since, eugenic ideas have not been as publicly expressed, but there are still those who promote them.

Efforts have been made in the past to control traits in human children using donated sperm from men with desired traits. In fact, eugenicist Robert Klark Graham established a sperm bank in 1980 that included samples exclusively from donors with high IQs. The "genius" sperm bank failed to capture the public's imagination and the operation closed in 1999.

In more recent times, the procedure known as prenatal genetic diagnosis (PGD) has been developed. PGD involves the screening of human embryos as part of the process of in vitro fertilization, during which embryos are conceived and grown outside the mother's body for some period of time before they are implanted. The term PGD usually refers to both the diagnosis, selection, and the implantation of the selected embryos.

In the least controversial use of PGD, embryos are tested for the presence of alleles which cause genetic diseases such as sickle cell disease, muscular dystrophy, and hemophilia, in which a single disease-causing allele or pair of alleles has been identified. By excluding embryos containing these alleles from implantation into the mother, the disease is prevented, and the unused embryos are either donated to science or discarded. There are relatively few in the worldwide medical community that question the ethics of this type of procedure, which allows individuals scared to have children because of the alleles they carry to do so successfully. The major limitation to this procedure is its expense. Not usually covered by medical insurance and thus out of reach financially for most couples, only a very small percentage of all live births use such complicated methodologies. Yet, even in cases like these where the ethical issues may seem to be clear-cut, not everyone agrees with the morality of these types of procedures. For example, to those who take the position that human life begins at conception, the discarding of unused embryos, a necessary result of PGD, is unacceptable under any circumstances.

A murkier ethical situation is found in the selection of a child's sex, which is easily performed by PGD. Currently, countries such as Great Britain have banned the selection of a child's sex for reasons other than preventing sex-linked diseases. Other countries allow the procedure for "family balancing", based on the desire of some parents to have at least one child of each sex. Still others, including the United States, have taken a scattershot approach to regulating these practices, essentially leaving it to the individual practicing physician to decide which practices are acceptable and which are not.

Even murkier are rare instances of disabled parents, such as those with deafness or dwarfism, who select embryos via PGD to ensure that they share their disability. These parents usually cite many positive aspects of their disabilities and associated culture as reasons for their choice, which they see as their moral right. To others, to purposely cause a disability in a child violates the basic medical principle of Primum non nocere, "first, do no harm." This procedure, although not illegal in most countries, demonstrates the complexity of ethical issues associated with choosing genetic traits in offspring.

Where could this process lead? Will this technology become more affordable and how should it be used? With the ability of technology to progress rapidly and unpredictably, a lack of definitive guidelines for the use of reproductive technologies before they arise might make it difficult for legislators to keep pace once they are in fact realized, assuming the process needs any government regulation at all. Other bioethicists argue that we should only deal with technologies that exist now, and not in some uncertain future. They argue that these types of procedures will always be expensive and rare, so the fears of eugenics and “master” races are unfounded and overstated. The debate continues.


The Evolution of Reproduction

Once multicellular organisms evolved and developed specialized cells, some also developed tissues and organs with specialized functions. An early development in reproduction occurred in the Annelids. These organisms produce sperm and eggs from undifferentiated cells in their coelom and store them in that cavity. When the coelom becomes filled, the cells are released through an excretory opening or by the body splitting open. Reproductive organs evolved with the development of gonads that produce sperm and eggs. These cells went through meiosis, an adaption of mitosis, which reduced the number of chromosomes in each reproductive cell by half, while increasing the number of cells through cell division.

Complete reproductive systems were developed in insects, with separate sexes. Sperm are made in testes and then travel through coiled tubes to the epididymis for storage. Eggs mature in the ovary. When they are released from the ovary, they travel to the uterine tubes for fertilization. Some insects have a specialized sac, called a spermatheca, which stores sperm for later use, sometimes up to a year. Fertilization can be timed with environmental or food conditions that are optimal for offspring survival.

Vertebrates have similar structures, with a few differences. Non-mammals, such as birds and reptiles, have a common body opening, called a αποχωρητήριο, for the digestive, excretory and reproductive systems. Coupling between birds usually involves positioning the cloaca openings opposite each other for transfer of sperm. Mammals have separate openings for the systems in the female and a uterus for support of developing offspring. The uterus has two chambers in species that produce large numbers of offspring at a time, while species that produce one offspring, such as primates, have a single uterus.

Sperm transfer from the male to the female during reproduction ranges from releasing the sperm into the watery environment for external fertilization, to the joining of cloaca in birds, to the development of a penis for direct delivery into the female’s vagina in mammals.

In Summary: Fertilization

Sexual reproduction starts with the combination of a sperm and an egg in a process called fertilization. This can occur either outside the bodies or inside the female. Both methods have advantages and disadvantages. Once fertilized, the eggs can develop inside the female or outside. If the egg develops outside the body, it usually has a protective covering over it. Animal anatomy evolved various ways to fertilize, hold, or expel the egg. The method of fertilization varies among animals. Some species release the egg and sperm into the environment, some species retain the egg and receive the sperm into the female body and then expel the developing embryo covered with shell, while still other species retain the developing offspring through the gestation period.


Δες το βίντεο: Γονιμοποίηση (Οκτώβριος 2022).