体外受精和孤雌活化过程中小鼠胚胎细胞骨架的动态变化

为研究微管在体外受精与孤雌活化过程中的动态变化,本实验比较了体外受精胚胎、SrCl2激活的孤雌胚胎和体内受精的原核期胚胎在体外发育的情况,采用免疫荧光化学与激光共聚焦显微术检测卵母细胞孤雌活化过程中及体外受精后微管及核的动态变化,以分析微管在减数分裂过程中的作用及其对早期发育的影响.结果显示,体内受精胚胎的发育率显著高于体外受精和孤雌激活胚胎体外发育率(P<0.05),而体外受精与孤雌激活胚胎在各阶段发育率差异均不显著.在体外受精中,精子入卵,激活卵母细胞,减数分裂恢复,纺锤丝牵拉赤道板卜致密排列的母源染色体向纺锤体两侧迁移;后期将染色体拉向两极;末期时,微管分布于两组已去凝集的母源染色体之间,卵母细胞排出第二极体(the second polarbody,Pb2),解聚的母源染色体形成雌原核.同时,在受精后5～8 h精子染色质发生去浓缩与再浓缩,形成雄原核.在原核形成的同时,胞质星体在雌、雄原核的周围重组形成长的微管,负责雌、雄原核的迁移靠近.孤雌活化过程中,卵母细胞恢复减数分裂,姐妹染色单体分离,被拉向两极,经细胞松弛素B处理后,活化4～6 h,卵周隙中未见Pb2,而在胞质中出现两个混合的单倍体原核,之间由微管相连接,负责两个单倍体原核的迁移靠近.与体外受精相比较,孤雌活化时卵母细胞更容易被激活,减数分裂期间微管的发育早且更完善.     

人二倍体化合子的DNA 甲基化变化模式

目的:探讨人类三原核合子及二倍体化合子中DNA甲基化模式的变化情况。方法:我们采用显微操作技术去除三原核合子中两个雄原核中的一个,观察恢复了二倍体状态的胚胎的发育情况,并检测了三原核和二倍体化的合子及早期胚胎中DNA甲基化模式的动态变化。结果:二倍体化的合子的囊胚形成率与三原核合子的囊胚形成率无显著性差异;在人三原核合子中两个雄原核发生主动地DNA去甲基化而雌原核在受精后的20h后仍保持甲基化。三原核与二倍体化合子中,DNA甲基化模式没有差别。结论:去除一个雄原核不会影响合子和胚胎的DNA甲基化模式。去除多余雄原核并不能改善胚胎的发育。     

小鼠母源因子对早期胚胎发育的影响

在脊椎动物中发育过程中,卵母细胞要经历MII期停滞、受精、早期胚胎发育的启动、胚胎基因组的转录激活、并指导完成个体的发育过程。同时,核移植过程中,分化的细胞核在去核的卵母细胞中能够重编程到胚胎早期的状态并能完成个体的发育过程。在这些发育过程中母源因子都发挥了极其的重要作用。在小鼠胚胎发育研究中发现,小鼠的基因组激活发生在2细胞期,这一时期标志着合子的发育由卵母细胞控制向胚胎控制的过渡,期间发生一系列复杂的生化过程。体外培养的小鼠的胚胎的发育阻断也易发生的2细胞时期。因此对卵母细胞及早期胚胎母源因子的研究,将有利于了解早期体外培养胚胎和克隆胚胎发育失败的原因,为提高体外培养和克隆胚胎发育的成功率提供理论的基础。     

早期胚胎发育合子基因组激活调控

动物早期胚胎发育始于分化成熟的雌雄配子经受精后重编程为全能性合子。在胚胎发育的初期,合子基因组的转录水平处于静默状态,母源物质调控占据主导地位。随着胚胎发育的进行,母源物质会经历分阶段的降解,合子基因组开始逐渐激活转录,标志着早期胚胎发育从母源性调控向合子基因组调控的转变,也称为母源-合子转换（maternal-zygotic transition,MZT）。其中一个关键的转折性事件就是合子基因组激活（zygotic genome activation,ZGA）,ZGA的正确发生对于早期胚胎发育和细胞命运决定至关重要。然而,目前对于ZGA的调控因子和具体的分子机制仍知之甚少。研究表明,ZGA在不同物种中存在较大差异,可能受到DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、染色质重塑以及ZGA相关因子等多种调控因素的影响。本文探讨了上述几种调控因素影响合子基因组激活的研究进展,对进一步研究早期胚胎ZGA的相关机制具有借鉴意义。     

TFIID在配子发生和早期胚胎发育过程中的作用

配子发生以及胚胎早期发育过程受严格且有序的基因表达调控。多种转录因子与靶基因结合,激活基因的时空特异性表达,实现受精卵全能性的获得,完成母型基因组转录调控向合子基因组转录调控的转变以及随后胚胎细胞的分化调节。研究表明,TFIID转录因子家族在这些关键阶段起重要作用,在基因转录调节的起始阶段,TFIID转录因子家族成员作为通用转录因子被招募到靶基因的启动子上,与其他转录因子共同形成转录前起始复合物,起始转录。该文总结了TFIID转录因子的结构、作用方式,以及在配子发生和早期胚胎发育中的调控作用。     

哺乳动物卵子与早期胚胎中全转录组poly(A)尾研究进展

在哺乳动物卵子向胚胎转变过程中，卵子和胚胎中的转录在合子基因组激活之前都是沉默的，因此m RNA转录后修饰在此过程发挥着重要的作用。poly(A)尾巴是影响mRNA命运和翻译效率的一种重要的转录后修饰。随着测序技术和分析工具的进步，尤其是三代测序技术的发展，poly(A)尾的长度和组成能够被精确测量，极大地拓展了人们对于poly(A)尾在哺乳动物早期胚胎发育过程中的认识。本文对poly(A)尾研究方法的发展及其在卵子向胚胎转变中的研究进展进行评述，以期为哺乳动物早期胚胎发育和不孕不育相关疾病的研究带来新的思路。     

鱼类卵子质量研究及其关键科学问题

卵子质量(卵质)是一种复杂的生物学特性,是决定雌性动物生殖能力的主要因素。鱼类卵质通常指卵子的受精能力及支持胚胎正常发育的能力,它直接关系到受精卵的形成、胚胎的早期发育及仔、稚、幼鱼的成活与生长,是决定鱼类繁育成功和养殖效率的首要环节。对卵质进行客观而准确的评估,提升卵子质量,以获得大量高质量的成熟卵,是水产种业和养殖业发展的重要前提。理论上,鱼类的卵质由卵子中所储存的所有母源物质的集合及其时空分布格局所共同决定。文章综述了鱼类卵子的发生和成熟及鱼类卵质评估标准的研究现状,重点评述了以斑马鱼为模型所开展的母源因子对卵子质量的调控研究。最后,提出了鱼类卵质研究中亟待研究和解决的重要科学问题,即需要重点研究卵原细胞-卵母细胞转换、卵母细胞-卵子转换、卵-胚转换、胚胎-仔鱼转换、仔-稚鱼转换等决定卵质和受到卵质影响的关键生物学事件。     

斑马鱼Zar1和Zar1-like基因的克隆及其表达分析

合子阻滞基因1(Zygote arrest 1,Zar1)及Zar1-like(Zar1L)作为母源基因,在小鼠卵子-合子转变过程中发挥着极其重要的作用。研究以斑马鱼为对象,采用cDNA末端快速克隆(RACE)技术获得了Zar1L cDNA全长,并采用RT-PCR技术检测Zar1和Zar1L在斑马鱼不同组织器官、卵母细胞和胚胎发育时期的表达情况。Zar1L cDNA的全长为1146 bp,编码311个氨基酸残基,5′非编码区20 bp,3′非编码区190 bp。多重序列比对结果显示,C-末端的序列非常保守,相似性高达74%,具有非典型的PHD基序(Plant homeo domain),并具有两个C4类型的锌指结构。在基因结构上,Zar1和Zar1L均由四个外显子构成,两个基因的每一个外显子在大小上也比较相近。分子进化表明斑马鱼Zar1和Zar1L属于两个不同的基因,可能是同一来源的祖先基因重复和进化的结果。RT-PCR结果表明斑马鱼Zar1和Zar1L的表达模式相似,都是卵巢特异表达基因,在卵母细胞及早期胚胎中可检测到大量转录本的存在,囊胚、原肠胚期后下降,但在整个胚胎发育期都可检测到转录本。斑马鱼Zar1和Zar1L mRNA的表达水平的一致性,似乎暗示着两个基因的功能基本一致。表达模式分析表明Zar1和Zar1L可能与斑马鱼卵子-合子转变有关,也可能与其他的胚胎发育过程有关。       

斑马鱼中囊胚过渡调控机制

斑马鱼中囊胚过渡(MBT)始于受精卵的第10次卵裂,此时亦伴有细胞周期延长,分裂同步性丧失,合子型基因开始转录活化,胚胎细胞开始具备运动迁移能力等现象。斑马鱼MBT。的发生依赖于胚胎细胞的核质比,胚胎细胞周期中的G1时相则只有在合子型基因组开始被转录活化后才能出现。细胞周期检验点的激活可能也是受转录调控的,但中期检验点对DNA复制抑制状态的响应不仅在MBT前后、甚至在MBT前的不同阶段也可能有具体作用途径的差异。活化的P38蛋白在胚胎中的不对称分布是维持卵裂阶段细胞分裂同步性的关键因素。尽管大规模的合子型基因的表达发生在MBT开始后,也有少数与胚层分化有关的合子型基因是在MBT。前表达的,还有一些既有母型表达也有合子型表达的基因在MBT前后分别参与不同的信号途径来调控胚胎的发育与分化。     

小鼠胚胎ZGA中的基因表达及调控机制

哺乳动物早期胚胎发育的关键事件之一就是合子型基因激活,它决定着胚胎的正常发育与否。早期ZGA的起始必须依赖于源自母亲的母型蛋白,而这些蛋白的翻译后修饰过程,尤其是蛋白质磷酸化过程在ZGA中起重要作用。在小鼠中,伴随2细胞胚胎的形成,ZGA发生时选择性激活基因往往需要增强子的作用。由于合子钟以及2细胞胚胎期的转录抑制环境的影响,避免了那些应该在胚胎发育后期表达的基因的成熟前表达,使它们能按正确的发育时空顺序被选择性激活。目前,已经发现了在ZGA初期被激活的一些合子型基因,诸如hsp70、eIF-4C、U2afbp-rs等,对它们的研究已有了新的进展。     

Maternal control of vertebrate development before the midblastula transition: mutants from the zebrafish I

Maternal factors control development prior to the activation of the embryonic genome. In vertebrates, little is known about the molecular mechanisms by which maternal factors regulate embryonic development. To understand the processes controlled by maternal factors and identify key genes involved, we embarked on a maternal-effect mutant screen in the zebrafish. We identified 68 maternal-effect mutants. Here we describe 15 mutations in genes controlling processes prior to the midblastula transition, including egg development, blastodisc formation, embryonic polarity, initiation of cell cleavage, and cell division. These mutants exhibit phenotypes not previously observed in zygotic mutant screens. This collection of maternal-effect mutants provides the basis for a molecular genetic analysis of the maternal control of embryogenesis in vertebrates.     

Next generation mothers: Maternal control of germline development in zebrafish

Abstract

In many animals, factors deposited by the mother into the egg control the earliest events in development of the zygote. These maternal RNAs and proteins play critical roles in oocyte development and the earliest steps of embryogenesis such as fertilization, cell division and embryonic patterning. Here, this article summarizes recent discoveries made on the maternal control of germline specification in zebrafish. Moreover, this review will discuss the major gaps remaining in our understanding of this process and highlight recent technical innovations in zebrafish, which allow tackling some of these questions in the near future.