1、1四、减数分裂（四、减数分裂（MEIOSIS）概念：减数分裂是细胞仅进行一次概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNADNA复制，随后进行复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。发生分裂的细胞发生分裂的细胞 生殖细胞进行的产生配子的分裂过程，其结果生殖细胞进行的产生配子的分裂过程，其结果是产生了染色体组数目减半的配子；是产生了染色体组数目减半的配子；连续的两次分裂连续的两次分裂 第一次减数分裂第一次减数分裂 第二次减数分裂第二次减数分裂两个基本特点两个基本特点 染色体组数目减半染色体组数目减半 发生遗传重组发生遗传重组2 减数分裂过程
2、减数分裂过程3减数分裂特点减数分裂特点遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半导致染色体数目减半S S期持续时间较长期持续时间较长同源染色体在减数分裂期同源染色体在减数分裂期I I配对联会、基因重组配对联会、基因重组减数分裂同源染色体配对排列在中期板上减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第第 一次分列时一次分列时,同源染色体分开同源染色体分开4减数分裂意义减数分裂意义保证了染色体数目在世代交替中的恒定保证了染色体数目在世代交替中的恒定,先减半成先减半成1n,1n,形成合子时形成合子时,又成为又成为2n 2n（两性生殖细胞经过减数分裂，（两
3、性生殖细胞经过减数分裂，染色体数减少一半。再经过受精，形成合子，染色体数染色体数减少一半。再经过受精，形成合子，染色体数恢复到体细胞的染色体数目）恢复到体细胞的染色体数目）;染色体间分离时的重组染色体间分离时的重组,提供了遗传的多样性提供了遗传的多样性;同源染色体配对时交换重组同源染色体配对时交换重组,提高了基因内、基因间提高了基因内、基因间重重 组的频率组的频率,加快了进化的速度加快了进化的速度。5减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的保证。遗传、生物进化和生物多样性的保证。假如在有性生殖过程中没有减数分裂，生殖细胞染假如在有性生
4、殖过程中没有减数分裂，生殖细胞染色体数不能减半，经过受精，其染色体数将倍增。色体数不能减半，经过受精，其染色体数将倍增。细胞体积也会相应增加。代代相传，细胞将无法适细胞体积也会相应增加。代代相传，细胞将无法适应环境而受到自然淘汰。应环境而受到自然淘汰。6 减减 数数 分分 裂裂 前前 S S 期期 有有 丝丝 分分 裂裂 前前 S S 期期 蝾螈蝾螈 1010天天 1212小时小时 小鼠小鼠 1414小时小时 5 56 6小时小时 小麦小麦 1212小时小时 3.83.8小时小时 酵母酵母 1.01.0小时小时 0.50.5小时小时 减数分裂前减数分裂前S S期与有丝分裂前期与有丝分裂前S S
5、期长度比较期长度比较7 减数分裂减数分裂 I第一次减数分裂的两个特点第一次减数分裂的两个特点一对复制了的同源染色体分开，分别一对复制了的同源染色体分开，分别进入两个子细胞，同源染色体分开之进入两个子细胞，同源染色体分开之前通常要发生交换重组。前通常要发生交换重组。在染色体组中，同源染色体的分离是在染色体组中，同源染色体的分离是随机的，同源染色体组要发生重组合。随机的，同源染色体组要发生重组合。8减数分裂的染色体行为减数分裂的染色体行为减数分裂前间期，减数分裂前间期，染色体加倍染色体加倍9前期前期I I的的5 5个阶段个阶段10The Stages of meiosis I前期前期I I主要事件
6、是完成同源染色体的配对，主要事件是完成同源染色体的配对，在此过程中要发生配对同源染色体在此过程中要发生配对同源染色体 间的分子重组间的分子重组该期细分为该期细分为细线期、偶线期、粗线细线期、偶线期、粗线 期、双线期、终变期期、双线期、终变期等等。11Stages of the prophase of meiosis I Micrographs illustrating the morphology of chromosomes of the lily.12减数分裂的前期减数分裂的前期I细线期细线期中期中期I终变期终变期双线期双线期粗线期粗线期偶线期偶线期13细线期细线期(leptotene s
7、tage,leptonema)又称凝又称凝集期集期(condensation stage)此期主要特点：此期主要特点：染色体已加倍染色体已加倍,并凝缩成并凝缩成单细线状单细线状,但但2条染色单体的臂并不分离。条染色单体的臂并不分离。14偶线期偶线期(zygotene stage,zygonema)又称配对期又称配对期(Pairing stage)，此期的主要特点是：此期的主要特点是：二价体与四分体二价体与四分体 二价体（二价体（bivalent)配对以后，两条同源配对以后，两条同源染色体紧密结合在一起所形成的复合结构，称染色体紧密结合在一起所形成的复合结构，称为二价体（为二价体（bivalen
8、t）四分体四分体(tetrad):合成在合成在S期未合成的约期未合成的约0.3的的DNA（偶线期（偶线期DNA，即，即zygDNA）15联会与联会复合体联会与联会复合体 联会联会(synapsis):同源染色体配对的过程同源染色体配对的过程 联会复合体联会复合体(synatonemal complex):在联在联会的部位形成一种特殊复合结构，称为联会复会的部位形成一种特殊复合结构，称为联会复合体（合体（synaptonemal complex）沿同源染色体）沿同源染色体长轴分布长轴分布。16同源染色体（同源染色体（homologous chromosome)（重要重要）【定定 义义】形态、结构
9、、遗传组形态、结构、遗传组成基本相同和在减数分裂中彼成基本相同和在减数分裂中彼此联会的一对染色体，一个来此联会的一对染色体，一个来自母方，另一个来自父方。一自母方，另一个来自父方。一般在同源染色体上有相同的基般在同源染色体上有相同的基因座位，因此是二倍体细胞中因座位，因此是二倍体细胞中的基因都有两份。的基因都有两份。17同源染色体配对（联会）同源染色体配对（联会）18粗线期粗线期(pachytene stage,pachynema)又称重组期又称重组期(recomination stage)，主要，主要 特点（特点（重要重要）：）：同源染色体之间发生同源染色体之间发生DNA片段的交换片段的交换
10、,产生重组产生重组的基因组合的基因组合 持续时间长（几天到几周）持续时间长（几天到几周）可见重组节（可见重组节（Recombination noduble)合成减数分裂期专有的组蛋白合成减数分裂期专有的组蛋白19同源染色体间的交换重组同源染色体间的交换重组20联会与联会复合体联会与联会复合体21双线期双线期(diplotene stage)(diplotene stage)又称合成期又称合成期(synthesis stage)(synthesis stage)，主要特点：，主要特点：同源染色体分离但是不完全，明显可见四分体；同源染色体分离但是不完全，明显可见四分体；出现交叉：出现交叉：同源染色
11、体仍然相联系的部位同源染色体仍然相联系的部位 鱼类、两栖类、爬行类和鸟类的雌性动物等在鱼类、两栖类、爬行类和鸟类的雌性动物等在此 期 形 成 灯 刷 染 色 体，合 成 前 体此 期 形 成 灯 刷 染 色 体，合 成 前 体mRNA(hnRNA)2223终变期终变期(diakinesis)(diakinesis)又称再凝集期又称再凝集期(recondensation stage)(recondensation stage)。此期的主要特点此期的主要特点:染色体变成紧密凝集状态；染色体变成紧密凝集状态；大多数核仁消失大多数核仁消失,交叉出现端化交叉出现端化,姐妹姐妹 染色体只在着丝粒和端部连接
12、在一起。染色体只在着丝粒和端部连接在一起。24中期中期I I核被膜的破裂是前期核被膜的破裂是前期向中期向中期转化转化的标志。纺锤体侵入核区的标志。纺锤体侵入核区,分散于核中分散于核中的四分体开始向四分体的中部移动。的四分体开始向四分体的中部移动。与有丝分裂不同的是与有丝分裂不同的是,四分体上有四个四分体上有四个着丝点着丝点,一侧纺锤体只和同侧的两个一侧纺锤体只和同侧的两个着丝点相连。最后染色体排列在赤道着丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。板上。25后期后期I I同源染色体分开同源染色体分开,发生数量的减半发生数量的减半,而且而且,染染色体移向两极是随机的。色体移向两极是随机的。由于每条染色体
13、仍含有两条染色单体由于每条染色体仍含有两条染色单体,因而因而每个极仍含有两套染色体。每个极仍含有两套染色体。不同的同源染色体对向两极的移动是随机不同的同源染色体对向两极的移动是随机的、独立的、父方、母方来源的染色体要的、独立的、父方、母方来源的染色体要发生随机组合发生随机组合,有利于减数分裂产物的基因有利于减数分裂产物的基因组变异。组变异。26末期末期I I及间期及间期在自然界中在自然界中,末期末期和间期的类型有二和间期的类型有二,一种是没有明显可见的染色体去凝集一种是没有明显可见的染色体去凝集,另一种是完全逆转到间期核的状态。另一种是完全逆转到间期核的状态。大多数种类大多数种类,末期末期和间
14、期是在第一次和间期是在第一次及第二次减数分裂期之间的短暂停顿及第二次减数分裂期之间的短暂停顿,在在所知的生物中所知的生物中,未见有未见有DNADNA的合成。的合成。27Meiosis II第二次减数分裂分为前期第二次减数分裂分为前期IIII、中期中期IIII、后期、后期IIII、末期、末期IIII，最后形成最后形成4 4个单倍体细胞。个单倍体细胞。28减数分裂减数分裂I I和减数分裂和减数分裂IIII29比较比较有丝分裂与减数分裂有丝分裂与减数分裂有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是产有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是产生配子的过程生配子的过程;有丝分裂是一次细胞周期有丝分裂是一
15、次细胞周期,DNA,DNA复制一次复制一次,分裂一分裂一次次,染色体由染色体由2n2n;2n2n;减数分裂是两次细胞周期减数分裂是两次细胞周期,DNA,DNA复制一次复制一次,细胞分裂细胞分裂两次两次,染色体由染色体由2n1n;2n1n;有丝分裂中有丝分裂中,每个染色体是独立活动每个染色体是独立活动;减数分裂减数分裂,染色体要配对、联会、交换和交叉。染色体要配对、联会、交换和交叉。30减数分裂与有丝分裂的比较减数分裂与有丝分裂的比较31有丝分裂之前有丝分裂之前,经经DNADNA合成合成,进入进入G G2 2期期,才进行有才进行有丝分裂丝分裂;减数分裂之前减数分裂之前,DNA,DNA合成时间很长
16、合成时间很长(99.7%(99.7%合成合成,0.3%,0.3%未合成未合成),),一旦合成一旦合成,即进入减即进入减数分裂期数分裂期,G,G2 2期短或没有期短或没有;有丝分裂时间短有丝分裂时间短,1-2,1-2小时小时;减数分裂时间长减数分裂时间长,20,20多多小时小时,至几年。至几年。32同源染色体间同源染色体间遗传物质重组遗传物质重组3311.2 细胞周期调控细胞周期调控 34细细胞胞周周期期的的控控制制系系统统35一、一、蛋白激酶在细蛋白激酶在细胞周期调控中的作用胞周期调控中的作用36MPF的发现的发现 成熟促进因子成熟促进因子(maturation promoting facto
17、r，MPF）,早期称为早期称为M-期促进因子期促进因子(M-phase promoting factor,MPF)，是指，是指M期细胞中期细胞中存在的促进细胞分裂的因子存在的促进细胞分裂的因子37卵细卵细胞提胞提取物取物注射注射实验实验38细胞周期蛋白的鉴定细胞周期蛋白的鉴定研究思路研究思路实验设计实验设计（注意关键步骤的用意！）（注意关键步骤的用意！）获得同步化的受精的海胆卵细胞获得同步化的受精的海胆卵细胞在有放射性氨基酸的培养液中培养在有放射性氨基酸的培养液中培养每每1010分钟取一次样分离纯化蛋白质进行分析分钟取一次样分离纯化蛋白质进行分析实验结果实验结果发现了周期蛋白发现了周期蛋白B
18、B(cyclin B)：如何发现？：如何发现？周期蛋白周期蛋白B B的的cDNAcDNA克隆与周期蛋白克隆与周期蛋白B B的鉴定的鉴定39Accumulation and degradation of cyclins in sea urchin embryos 40MPFMPF的结构组成的结构组成是由两个不同的亚基组成的异质二聚体是由两个不同的亚基组成的异质二聚体:催化亚基催化亚基是丝氨酸是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶苏氨酸型蛋白激酶其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依赖性蛋白激酶赖性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases
19、,Cdks);调节亚基：周期蛋白调节亚基：周期蛋白(cyclin)。41MPFMPF的的结结构构42有丝分裂的退出：有丝分裂的退出：周期蛋白周期蛋白B B的降解的降解细胞周期蛋白基因的细胞周期蛋白基因的cDNAcDNA分析分析N端破坏框端破坏框(destruction box)43 遍在蛋白与周期蛋白的降解遍在蛋白与周期蛋白的降解多遍在蛋白化作用多遍在蛋白化作用(polyubiquitination)遍在蛋白活化酶遍在蛋白活化酶(ubiquitin-activating enzyme,E1)遍在蛋白缀合酶遍在蛋白缀合酶(ubiquitin-conjugating enzyme,E2)遍在蛋白连
20、接酶遍在蛋白连接酶(ubiquitin ligase,E3)蛋白酶体的降解作用蛋白酶体的降解作用 促后期复合物促后期复合物 (anaphase-promoting complex,APC)44Polyubiquitination45APCAPC的活性调节控制周期蛋白的活性调节控制周期蛋白B B的降解的降解当当MPFMPF的活性在有丝分裂中期达到最高峰时的活性在有丝分裂中期达到最高峰时,它将它将APCAPC磷酸化并将其激活；磷酸化并将其激活；接着发生周期蛋白接着发生周期蛋白B B遍在蛋白多聚化遍在蛋白多聚化,引起周引起周期蛋白期蛋白B B的降解；的降解；由于周期蛋白由于周期蛋白B B是是MPFM
21、PF的一个必需亚基的一个必需亚基,它的降它的降解势必导致解势必导致MPFMPF的失活；的失活；在在G G1 1期的后期期的后期,APC,APC失活失活,使得周期蛋白使得周期蛋白B B的浓度的浓度升高升高,同时提高同时提高MPFMPF的活性的活性,以便进入下一个有以便进入下一个有丝分裂期。丝分裂期。46Regulation of mitotic cyclin levels in cycling cells47真核生物细胞周期调控的一般模型真核生物细胞周期调控的一般模型三类周期蛋白三类周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物:G G1 1期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物S S期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物有丝分裂周期蛋白有丝分裂周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物三个关键的过渡三个关键的过渡G G1 1期期S S期期中期中期后期后期后期后期末期及胞质分裂期过渡末期及胞质分裂期过渡48Current model for regulation of the eukaryotic cell cycle49The fission of S.pombe50裂殖酵母裂殖酵母MPFMPF的活性调节的活性调节
