معلومة

8.2: الانقسام الاختزالي وتكوين الجاميطات (تحضير مواد المدرب) - علم الأحياء

8.2: الانقسام الاختزالي وتكوين الجاميطات (تحضير مواد المدرب) - علم الأحياء


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.

مواد المختبر

هذا هو الإعداد ل قسم واحد 24 طالبًا.

الجزء 1: محاكاة حبة الانقسام الاختزالي

سيقوم الطلاب بهذا الجزء في فرق الجدول.

الموادكميةملحوظات
مجموعات حبة الكروموسوم

الجزء 2: تشكيلة مستقلة

سيقوم الطلاب بهذا الجزء في فرق الجدول.

الموادكميةملحوظات
مجموعات حبة الكروموسوم

الجزء 3: تولد الثدييات

سيقوم الطلاب بهذا الجزء في فرق الجدول.

الموادكميةملحوظات
شرائح المبايض1 مربعHN 1/21
شرائح من الخصيتين1 مربعجلالة 1/2

المستلزمات الإضافية: النماذج

سيقوم الطلاب بهذا الجزء في فرق الجدول.

الموادكميةملحوظات
نماذج الانقسام
نماذج الحمض النووي2

AP Biology: فهم تكوين الجاميطات

أي إجابة تشرح بشكل أفضل لماذا كل خلية منوية أولية (2 ن) ينتج عنه في نهاية المطاف إنتاج أربعة أجنة منوية (ن) ، بينما كل خلية oogonium (2 ن) ينتج عنه في نهاية المطاف إنتاج خلية بويضة نشطة واحدة فقط (ن)?

أثناء تكوين الحيوانات المنوية ، يتم تقسيم المادة الخلوية بالتساوي خلال الانقسام الاختزالي الأول والثاني ، مما ينتج عنه أربعة نطفة متساوية الحجم. أثناء تكوين البويضات ، يتضمن كل من الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني التوزيع غير المتكافئ للسيتوبلازم ، مما ينتج عنه خلية بويضة نشطة واحدة واثنان أو ثلاثة أجسام قطبية.

أثناء تكوين الحيوانات المنوية ، يتم تقسيم المادة الخلوية بالتساوي خلال الانقسام الاختزالي الأول والثاني ، مما ينتج عنه أربعة نطفة متساوية الحجم. أثناء تكوين البويضات ، تمر خلية واحدة فقط من خليتين ابنتيتين ناتجة عن الانقسام الاختزالي الأول عبر الانقسام الاختزالي الثاني ، وتظل الخلية البنت الأخرى نائمة. من بين الخلايا الوليدة الناتجة عن الانقسام الاختزالي الثاني ، تصبح إحداهما خلية بويضة نشطة بينما تتفكك الأخرى.

أثناء تكوين الحيوانات المنوية ، يتم تقسيم المادة الخلوية بالتساوي خلال الانقسام الاختزالي الأول والثاني ، مما ينتج عنه أربعة نطفة متساوية الحجم. أثناء تكوين البويضات ، ينتج عن عملية الانقسام الاختزالي أربع خلايا بويضة نشطة محتملة ذات حجم ووظيفة متساوية بشكل تعسفي ، وتتحلل ثلاث من هذه الخلايا ، تاركة خلية بويضة نشطة فقط.

أيا من الإجابات الأخرى صحيحة

أثناء تكوين الحيوانات المنوية ، يتم تقسيم المادة الخلوية بالتساوي خلال الانقسام الاختزالي الأول والثاني ، مما ينتج عنه أربعة نطفة متساوية الحجم. أثناء تكوين البويضات ، يتضمن كل من الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني التوزيع غير المتكافئ للسيتوبلازم ، مما ينتج عنه خلية بويضة نشطة واحدة واثنان أو ثلاثة أجسام قطبية.

تكون عملية تكوين الحيوانات المنوية عملية مستمرة تبدأ من سن البلوغ. يتم إنتاج الحيوانات المنوية في الأنابيب المنوية. هناك ، كل خلية منوية الحيوانات المنوية (2 ن) ينقسم بالتساوي عبر الانقسام الفتيلي لإنتاج خليتين منويتين أساسيتين متطابقتين (2 ن). تخضع كل خلية منوية أولية للانقسام الاختزالي الأول لإنتاج خليتين منطيتين ثانويتين متساويتين في الحجم (ن). ثم تخضع كل خلية منوية ثانوية للانقسام الاختزالي II لإنتاج ما مجموعه أربعة نطفة (ن). تتمايز المبيدات المنوية قبل الانتقال إلى البربخ.

من ناحية أخرى ، يبدأ تكوين البويضات قبل الولادة وهي عملية توقف. بينما لا يزال داخل الجنين ، فإن كل oogonium (2 ن) ينتج اثنين من البويضات الأولية المتطابقة (2 ن) عن طريق الانقسام تظل البويضات الأولية كامنة في بصيلات المبيض الصغيرة حتى سن البلوغ. بعد بداية البلوغ ، تحفز الهرمونات بشكل دوري الجريبات لإكمال الانقسام الاختزالي الأول وإنتاج البويضات الثانوية (ن). من المهم أن نلاحظ ، مع ذلك ، أن الانقسام الاختزالي الأول ينتج بويضة ثانوية واحدة فقط - أما "الخلية الوليدة" الأخرى فهي في الواقع أول جسم قطبي يتحلل بسرعة دائمًا تقريبًا (على الرغم من أن هذا الجسم القطبي يخضع أحيانًا للانقسام الاختزالي II وينتج ثلثًا الجسم القطبي). يحدث هذا لأن البويضة الأولية تنقسم بشكل غير متساو ، تاركة البويضة الثانوية مع كل السيتوبلازم تقريبًا أثناء التحلل الخلوي. يتم إطلاق البويضات الثانوية أثناء الإباضة ، لكنها لا تكمل الانقسام الاختزالي الثاني حتى الإخصاب ، عندما يتم اختراقها بواسطة الحيوانات المنوية. ينتج الانقسام الاختزالي II جسمًا قطبيًا آخر ، مرة أخرى بسبب التقسيم غير المتكافئ للسيتوبلازم أثناء التحريك الخلوي.

مثال السؤال رقم 1: فهم تكوين الجاميطات

ما المصطلح الذي يشير إلى تكوين خلايا البويضة التي تبدأ في المبيض النامي للجنين الأنثوي؟

تتشكل البويضة البشرية الناضجة من خلال عملية النمو المعروفة باسم تكوين البويضات ، والتي تحدث خلال الأشهر الثلاثة الأولى من نمو الجنين. تحتوي كل بصيلات المبيض على أوجونيوم واحد ، والذي يصبح بويضة أولية ، ثم بويضة ثانوية. لا يحدث انقسام آخر حتى سن البلوغ.

الانقسام الخيطي هو نوع من الانقسام النووي حيث تنتقل نسخة واحدة من كل كروموسوم إلى كل من نواتين ابنتيتين لتكوين خلايا ابنة متطابقة. الانقسام الاختزالي هو أيضًا نوع من الانقسام الخلوي ، حيث تنقسم الخلية ثنائية الصبغة مرتين لإنتاج أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية. الإباضة هي إطلاق البويضة الثانوية من المبيض ، والتخصيب هو اتحاد الحيوانات المنوية الذكرية والبويضة الأنثوية لإنتاج البيضة الملقحة.

مثال السؤال رقم 1: فهم تكوين الجاميطات

تكوين الحيوانات المنوية هو إنتاج الحيوانات المنوية من خلال عملية __________ ، يليها التمايز.

أثناء تكوين الحيوانات المنوية ، تصبح الحيوانات المنوية خلايا منوية أولية ، ثم خلايا منوية ثانوية. هذه تنقسم لتشكيل اثنين من النطاف ، والتي تتحول إلى الحيوانات المنوية وظيفية. من خلال عملية الانقسام الاختزالي ، يتم تقليل عدد الكروموسوم من الرقم ثنائي الصيغة الصبغية (46) إلى العدد الأحادي العدد (23).

يشير الانقسام الخيطي إلى تكاثر الخلايا الجسدية ، مما يؤدي إلى تكوين خلايا ابنة متطابقة من أحد الوالدين ثنائي الصبغة. تحدث الهجرة عندما تنتقل الحيوانات المنوية ، والخلايا المنوية ، والحيوانات المنوية من الحافة الخارجية للأنبوب المنوية إلى التجويف المركزي للأنبوب. الانتشار هو التكاثر المتكرر لأجزاء جديدة. يتم تعريف تكوين الجاميطات على أنه تطور الأمشاج.

مثال السؤال رقم 51: الجهاز التناسلي

يختلف الانقسام المتساوي والانقسام الاختزالي في أن الانقسام الفتيلي ينتج __________ خلايا بها __________ مادة وراثية ، بينما ينتج الانقسام الاختزالي __________ خلايا بها __________ مادة وراثية.

4. . . خليط فريد من. . . 2. . . مطابق

2. . . مطابق . . . 4. . . مطابق

2. . . مطابق . . . 4. . . خليط فريد من

2. . . خليط فريد من. . . 2. . . مطابق

2. . . مطابق . . . 4. . . خليط فريد من

أثناء الانقسام ، تنقسم الخلايا مرة واحدة وتحتفظ بنفس المادة الجينية بالضبط ، وتنتج نسختين متطابقتين من الخلية الأم. أثناء الانقسام الاختزالي ، تنقسم الخلايا مرتين وتتقاطع خلال الطور الأول. ينتج عن ذلك توليفة فريدة من الكروموسومات (المؤتلفات) لم تظهر في الخلية الأم.

مثال السؤال رقم 51: الجهاز التناسلي

في البشر يتم إنتاج الأمشاج في __________.

الجاميطات هي الخلايا الجنسية أحادية الصيغة الصبغية التي يتم إنتاجها في الغدد التناسلية (المبايض في الإناث والخصيتين عند الذكور). هذه هي الأعضاء التناسلية الأولية.

مثال السؤال رقم 58: الجهاز التناسلي

تحتوي الخلية البشرية من المبيض على 22 كروموسوم وكروموسوم X. إنها __________ .

من الواضح أن الخلية التي تحتوي على 22 كروموسوم وكروموسوم جنسي واحد هي أحادية العدد (ن = 23) ولذا يجب أن تكون خلية جنسية وليست خلية جسدية (2 ن = 46). نظرًا لأن كل من الأمشاج الذكرية والأنثوية قد تحتوي على كروموسوم X ، فإن هذه المعلومات ليست كافية لإخبارنا ما إذا كانت هذه الخلية تأتي من ذكر أنثى. ومع ذلك ، بما أنه قيل لنا أن الخلية جاءت من المبيض ، فإننا نعلم أنها الأمشاج الأنثوية ، البويضة. الخلية العضلية هي نوع من الخلايا الجسدية ، وكلها ثنائية الصبغيات.

مثال السؤال رقم 59: الجهاز التناسلي

أي مما يلي ليس سمة حقيقية للخلايا المشيمية؟

تسمى الخلايا المشيمية الذكرية بالخلايا المنوية

يمكن أن تنقسم الخلايا المشيمية عن طريق الانقسام إلى خلايا مشيجية أخرى

إنها خلايا جسدية حقيقية النواة

تسمى الخلايا المشيجية الأنثوية بالبويضات

إنها خلايا جسدية حقيقية النواة

الخلايا المشيمية هي خلايا خط جرثومية حقيقية النواة. يمكن أن يخضعوا للانقسام الفتيلي لتشكيل المزيد من الخلايا المشيمية أو الخضوع للانقسام الاختزالي لتشكيل المشيجات. تسمى الخلايا المشيمية الذكرية الخلايا المنوية وتسمى الخلايا المشيمية الأنثوية البويضات.

مثال السؤال رقم 60: الجهاز التناسلي

أي مما يلي يصف بشكل أفضل الفرق بين الخلية المنوية الأولية والثانوية؟

تكون الخلية المنوية الثانوية أحادية الصيغة الصبغية والخلية المنوية الأولية ثنائية الصبغيات

تتشكل الخلية المنوية الثانوية أثناء الانقسام وتتشكل الخلايا المنوية الأولية أثناء الانقسام الاختزالي الثاني

تتشكل الخلية المنوية الثانوية أثناء الانقسام الاختزالي الثاني وتتشكل الخلايا المنوية الأولية أثناء الانقسام

تكون الخلية المنوية الثانوية ثنائية الصبغة والخلية المنوية الأولية أحادية العدد

تكون الخلية المنوية الثانوية أحادية الصيغة الصبغية والخلية المنوية الأولية ثنائية الصبغيات

الخلايا المنوية هي الخلايا المشيمية الذكرية الموجودة في الأنابيب المنوية للخصيتين. تكون الخلايا المنوية الأولية ثنائية الصبغة وتتشكل عندما تدخل الحيوانات المنوية - الخلايا الجرثومية غير الناضجة - في الانقسام الفتيلي. يمكن للخلايا المنوية الأولية أن تدخل الانقسام الاختزالي وتنتج خلايا منوية ثانوية أحادية الصيغة الصبغية بعد الانقسام الاختزالي الأول.

مثال السؤال رقم 61: الجهاز التناسلي

أي مما يلي ليس سمة حقيقية للحيوانات المنوية؟

تتطور إلى خلايا منوية أولية من خلال الانقسام

هم غير متمايزين

الحيوانات المنوية هي خلايا جرثومية ذكورية غير متمايزة ثنائية الصبغة تقع في الأنابيب المنوية للخصيتين. تعتبر الحيوانات المنوية مهمة في عملية تكوين الحيوانات المنوية فهي تتحول إلى خلايا منوية أولية عن طريق النمو والنضج.

مثال السؤال رقم 62: الجهاز التناسلي

أيٌّ من المصطلحات التالية يُعرَّف بشكل أفضل على أنه خلية نطفة ناضجة ومتحركة وأحادية الصبغيات يتم إنتاجها أثناء تكوين الحيوانات المنوية؟

تسمى خلايا الحيوانات المنوية الناضجة ، والتي تكون أحادية العدد ، ومتحركة ، ويتم إنتاجها أثناء تكوين الحيوانات المنوية ، بالحيوانات المنوية. الحيوانات المنوية أحادية العدد ، لكنها غير ناضجة. ستتحول المبيدات المنوية إلى حيوانات منوية بمجرد نضجها.

جميع موارد علم الأحياء AP

الإبلاغ عن مشكلة مع هذا السؤال

إذا وجدت مشكلة تتعلق بهذا السؤال ، فيرجى إخبارنا بذلك. بمساعدة المجتمع يمكننا الاستمرار في تحسين مواردنا التعليمية.


التشريح التناسلي للذكور

في الجهاز التناسلي الذكري ، فإن كيس الخصيتين يضم الخصيتين أو الخصيتين (المفرد: الخصية) ، بما في ذلك توفير ممر للأوعية الدموية والأعصاب والعضلات المتعلقة بوظيفة الخصية. ال الخصيتين عبارة عن زوج من الأعضاء التناسلية الذكرية التي تنتج الحيوانات المنوية وبعض الهرمونات التناسلية. يبلغ حجم كل خصية 2.5 × 3.8 سم (1.5 × 1 بوصة) تقريبًا وتنقسم إلى فصيصات على شكل إسفين بواسطة نسيج ضام يسمى الحاجز. ملفوف في كل إسفين عبارة عن أنابيب منوية تنتج الحيوانات المنوية.

تكون الحيوانات المنوية ثابتة في درجة حرارة الجسم ، وبالتالي فإن كيس الصفن والقضيب خارج الجسم ، كما هو موضح في الشكل 24.8 بحيث يتم الحفاظ على درجة الحرارة المناسبة للحركة. في الثدييات البرية ، يجب تعليق الخصيتين خارج الجسم عند حوالي 2 درجة مئوية أقل من درجة حرارة الجسم لإنتاج حيوانات منوية قابلة للحياة. يمكن أن يحدث العقم في الثدييات البرية عندما لا تنزل الخصيتان عبر تجويف البطن أثناء نمو الجنين.

أي العبارات التالية خاطئة عن الجهاز التناسلي الذكري؟

  1. يحمل الأسهر الحيوانات المنوية من الخصيتين إلى القضيب.
  2. تنضج الحيوانات المنوية في الأنابيب المنوية في الخصيتين.
  3. تنتج كل من البروستاتا والغدد البصلية الإحليلية مكونات السائل المنوي.
  4. تقع غدة البروستاتا في الخصيتين.

ناضجة في الحيوانات المنوية الأنابيب المنوية ملفوفة داخل الخصيتين ، كما هو موضح في الشكل 24.8. تتكون جدران الأنابيب المنوية من خلايا الحيوانات المنوية النامية ، مع وجود الحيوانات المنوية الأقل تطورًا في محيط النُبيب والحيوانات المنوية المتطورة بالكامل في التجويف. يتم خلط خلايا الحيوانات المنوية بخلايا "الخادمة" تسمى خلايا سيرتولي والتي تحمي الخلايا الجرثومية وتعزز نموها. الخلايا الأخرى المختلطة في جدار الأنابيب هي الخلايا الخلالية لـ Leydig. تنتج هذه الخلايا مستويات عالية من هرمون التستوستيرون بمجرد بلوغ الذكر سن المراهقة.

عندما تكون الحيوانات المنوية قد طورت سوطًا وتقترب من النضج ، فإنها تترك الخصيتين وتدخل البربخ ، كما هو موضح في الشكل 24.8. تشبه هذه البنية الفاصلة وتقع على طول الجزء العلوي والخلفي من الخصيتين وهي موقع نضج الحيوانات المنوية. تخرج الحيوانات المنوية من البربخ وتدخل الأسهر (أو القناة المؤجلة) التي تحمل الحيوانات المنوية خلف المثانة وتشكل قناة القذف مع القناة من الحويصلات المنوية. أثناء قطع القناة الدافقة ، يُزال جزء من الأسهر ، مما يمنع الحيوانات المنوية من الخروج من الجسم أثناء القذف ويمنع الإخصاب.

المني عبارة عن مزيج من الحيوانات المنوية وإفرازات القنوات المنوية (حوالي 10 بالمائة من الإجمالي) والسوائل من الغدد الملحقة التي تساهم في معظم حجم السائل المنوي. الحيوانات المنوية هي خلايا أحادية العدد ، تتكون من سوط كذيل وعنق يحتوي على الميتوكوندريا المنتجة للطاقة في الخلية ورأس يحتوي على المادة الوراثية. يوضح الشكل 24.9 صورة مجهرية للحيوانات المنوية البشرية بالإضافة إلى رسم تخطيطي لأجزاء الحيوانات المنوية. تم العثور على أكروسوم في الجزء العلوي من رأس الحيوانات المنوية. تحتوي هذه التركيبة على إنزيمات الليزوزومات التي يمكنها هضم الأغطية الواقية التي تحيط بالبويضة لمساعدة الحيوانات المنوية على اختراق البويضة وتخصيبها. يحتوي السائل المنوي على 2-5 ملليلتر من السوائل مع 50-120 مليون حيوان منوي لكل ملليلتر.

الشكل 24.9. الحيوانات المنوية البشرية ، التي يتم تصورها باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني ، لها سوط وعنق ورأس. (الائتمان ب: تعديل العمل بواسطة بيانات شريط مقياس ماريانا رويز فيلاريال من مات راسل)

يأتي الجزء الأكبر من السائل المنوي من الغدد الإضافية المرتبطة بالجهاز التناسلي الذكري. هذه هي الحويصلات المنوية ، وغدة البروستاتا ، والغدة البصلية الإحليلية ، وكلها موضحة في الشكل 24.8. ال الحويصلات المنوية عبارة عن زوج من الغدد التي تقع على طول الحد الخلفي للمثانة البولية. تصنع الغدد محلولًا سميكًا ومصفرًا وقلويًا. نظرًا لأن الحيوانات المنوية تتحرك فقط في بيئة قلوية ، فإن الرقم الهيدروجيني الأساسي مهم لعكس حموضة البيئة المهبلية. يحتوي المحلول أيضًا على المخاط والفركتوز (أحد المغذيات الميتوكوندريا للحيوانات المنوية) وإنزيم التخثر وحمض الأسكوربيك وهرمونات محلية المفعول تسمى البروستاجلاندين. تشكل الغدد الحويصلة المنوية 60 في المائة من الجزء الأكبر من السائل المنوي.

ال قضيب، كما هو موضح في الشكل 24.8 ، هو عضو يصرف البول من المثانة الكلوية ويعمل كعضو تناسلي أثناء الجماع. يحتوي القضيب على ثلاثة أنابيب من أنسجة الانتصاب تمر عبر طول العضو. تتكون هذه من زوج من الأنابيب على الجانب الظهري ، يسمى الجسم الكهفي ، وأنبوب واحد من الأنسجة على الجانب البطني ، يسمى الجسم الإسفنجي. سيصبح هذا النسيج محتقناً بالدم ويصبح منتصباً وقاسياً استعداداً للجماع. يتم إدخال العضو في المهبل ويبلغ القذف ذروته. أثناء الجماع ، تغلق العضلة العاصرة في فتحة المثانة الكلوية وتمنع البول من دخول القضيب. النشوة هي عملية من مرحلتين: أولاً ، تنقبض الغدد والأعضاء الملحقة بالخصيتين ، ثم يتم طرد السائل المنوي (الذي يحتوي على الحيوانات المنوية) من خلال مجرى البول أثناء القذف. بعد الجماع ، يستنزف الدم من أنسجة الانتصاب ويصبح القضيب مترهلًا.

شكل الجوز غدة البروستات يحيط بالإحليل ، الاتصال بالمثانة البولية. يحتوي على سلسلة من القنوات القصيرة التي تتصل مباشرة بالإحليل. الغدة عبارة عن مزيج من العضلات الملساء والأنسجة الغدية. توفر العضلات الكثير من القوة اللازمة لحدوث القذف. يصنع النسيج الغدي سائلًا حليبيًا رقيقًا يحتوي على السترات (مادة مغذية) والإنزيمات ومستضد البروستات المحدد (PSA). PSA هو إنزيم محلل للبروتين يساعد على تسييل السائل المنوي بعد عدة دقائق من إطلاقه من الذكر. تشكل إفرازات غدة البروستات حوالي 30 بالمائة من الجزء الأكبر من السائل المنوي.

ال الغدة البصلية الإحليلية، أو غدة الكوبر ، تطلق إفرازها قبل إطلاق الجزء الأكبر من السائل المنوي. يحيد أي بقايا حمضية في مجرى البول من مخلفات البول. عادةً ما يمثل هذا بضع قطرات من السائل في إجمالي السائل المنوي وقد يحتوي على عدد قليل من الحيوانات المنوية. قد لا ينجح سحب القضيب من المهبل قبل القذف لمنع الحمل إذا كانت الحيوانات المنوية موجودة في إفرازات الغدة البصلية الإحليلية. يتم تلخيص موقع ووظائف الأعضاء التناسلية الذكرية في الجدول 24.1.

الجدول 24.1.
التشريح التناسلي للذكور
عضو موقع وظيفة
كيس الخصيتين خارجي حمل ودعم الخصيتين
قضيب خارجي توصيل البول وعضو الجماع
الخصيتين داخلي إنتاج الحيوانات المنوية والهرمونات الذكرية
الحويصلات المنوية داخلي المساهمة في إنتاج السائل المنوي
غدة البروستات داخلي المساهمة في إنتاج السائل المنوي
الغدد البصلية الإحليلية داخلي تنظيف مجرى البول عند القذف

نتائج

جيل من Prdm9- الفئران الناقصة

على الرغم من أن بعض جينومات الثدييات تحمل العديد من جينات ترميز PRDM9 ، فقد تم الإبلاغ عن احتواء جينوم الفئران على نسخة واحدة فقط Prdm9 الجين [24]. لفك ضرورة Prdm9 لخصوبة الفئران ، استهدفنا هذا الجين في سلالة SHR / OlaIpcv (SHR انظر الطرق) في أحد exons الذي يشفر مجال PR / SET. يحفز هذا المجال كلاً من H3K4 [12] و H3K36 ثلاثي الميثيل في الإنسان والفأر [25 ، 26]. تم حقن mRNAs من نوكلياز مغاير مبرمج في 234 بويضة مخصبة (الجدول 1). تم إنشاء أربعة حيوانات تحمل محذوفات من اثنين ، وثمانية ، و 39 ، و 516 زوجًا أساسيًا في الحجم (bp) ، وقد أثر أكبر اثنين أيضًا على حدود exon-intron. لتقييم آثار عمليات الحذف هذه على Prdm9 مرنا ، أجرينا PCR نسخًا عكسيًا (RT) باستخدام بادئات من تسلسلات exon المحيطة بعمليات الحذف باستخدام RNA الخصية. كشف تسلسل منتجات RT-PCR هذه من الحمض النووي الريبي الخصوي أن أقصر ثلاث عمليات حذف أدت إلى تحولات إطارات القراءة المفتوحة PRDM9 ، مما أدى إلى اقتطاعات افتراضية لمجال PR / SET واستبعاد مجال ربط الحمض النووي بإصبع الزنك PRDM9 (الشكل 1) . أنتج المسوخ مع حذف 516-bp نسختين جديدتين ، أحدهما به تحول في الإطار والآخر بحذف داخلي لـ 20 كودون من المجال الحفاز PR / SET الذي احتفظ بـ PRDM9 zinc-finger-encoding exon في الإطار (الشكل 1). ، ملف إضافي 1: الشكل S1). أزلت جميع عمليات الحذف واحدًا أو أكثر من بقايا الأحماض الأمينية المهمة لنشاط ميثيل ترانسفيراز لـ PRDM9 ([27] ملف إضافي 1: الشكل S1). كانت الفئران ذات التنميط الجيني المتماثل لهذه الطفرات باستخدام الحمض النووي الجيني متماثلة اللواقح أيضًا عندما تم فحصها بواسطة RT-PCR باستخدام mRNA الخصية ، مما يدعم بيانات تجميع تسلسل الجينوم الكامل التي اقترحت ذلك Prdm9 موجود في نسخة واحدة في الجرذ [24 ، 28]. كشفت RT-PCR شبه الكمي للحمض النووي الريبي الخصوي أن الذكور متماثل الزيجوت ل Prdm9 تعرض عمليات حذف 2 و 8 و 39-bp مستويات mRNA مماثلة كعناصر تحكم littermate والتعبير المؤكد عن الأشكال الإسوية الجديدة لـ mRNA من المتحولة مع حذف 516-bp (ملف إضافي 1: الشكل S2).

أربعة Prdm9 تؤدي عمليات الحذف التي تم إنشاؤها في فئران SHR إلى mRNAs مع اقتطاع إطار القراءة المفتوح وواحد أيضًا إلى mRNA البديل مع حذف 20 كودونًا. أ mRNAs الناشئة عن الفئران مع حذف الجينوم 2 ، 8- ، 39- و 516-بي بي (مختصر KO2 ، KO8 ، KO39 ، و KO516 ، على التوالي ، يشتمل الأخيران أيضًا على جزء من Intron 8) شرطات زرقاء ، فجوات لتحسين شرطات المحاذاة الحمراء ، عمليات الحذف الخارجية -U ، -L ، اثنان من الرنا المرسال الجديد من الحيوان مع حذف KO516. ب تنبأ منتجات عديد الببتيد من mRNAs في أ والكشف عنها. -20 أ.أ ، حذف 20 بقايا من الأحماض الأمينية. تشير الصناديق الطرفية C إلى أصابع الزنك والحروف الثلاثة الأحماض الأمينية المرتبطة بالحمض النووي. انظر الملف الإضافي 1: الشكل S1 للحصول على تفاصيل الترجمات والأحماض الأمينية الضرورية لنشاط ميثيل ترانسفيراز والملف الإضافي 2: الجدول S1 لتسلسلات الجينوم و cDNA. يمينًا ، تم اكتشاف PRDM9 بالأحجام المتوقعة 97 كيلو دالتون (الماوس دوم 2 أليل) و 96 كيلو دالتون (أليل الفئران SHR). تم استخدام الجسم المضاد لـ SYCP3 كعنصر تحكم في التحميل. كان PRDM9 موجودًا في SHR-Prdm9 KO516 / KO516 المسوخ بالحجم المتوقع للشكل الإسوي KO516-L (91 كيلو دالتون) ، لكن تعبيره كان أقل من النوع البري في SHR ، كان الشكل الإسوي KO516-U (المتوقع 40 كيلو دالتون) غير قابل للكشف. لم يتم العثور على منتج متحولة KO39 (متوقع 44 كيلو دالتون) في SHR-Prdm9 KO39 / KO39 الخصيتين ، وبالتالي لم يُشاهد أي شكل مبتور طرفيًا لـ PRDM9 في أي متحولة. تم تحميل ثلث كمية المستخلص النووي للبروتين في الفئران (10 ميكروغرام) مقارنة بممرات الجرذان (30 ميكروغرام)

لتقييم تعبير البروتين PRDM9 في الخصيتين البرية والمتحولة ، أجرينا النشاف الغربي (الشكل 1 ب). تم الكشف عن خصيتين PRDM9 بعد 18 يومًا من الولادة (dpp) ، حيث تكون معظم الخلايا الجرثومية عبارة عن خلايا منوية سابقة / ليبتوتين وزيجوتين (انظر أدناه للحصول على تفاصيل حول الخصيتين 18-dpp). لم يتم العثور على بروتين PRDM9 ولا شكله المبتور في 18-dpp SHR-Prdm9 KO39 / KO39 خصى الفئران ، مما يشير إلى أن مرنا المتحول للإطار لا يترجم أو يتحلل بسرعة. كان PRDM9 موجودًا في 18 نقطة في البوصة SHR-Prdm9 KO516 / KO516 تنبأت الفئران بحجم 91 كيلو دالتون من mRNA مع الحذف الداخلي لـ 20 كودونًا من مجال PR / SET التحفيزي ، ولكن ليس بحجم 40 كيلو دالتون المتوقع من mRNA المقسم بدلاً من ذلك مع تحول الإطار. ومع ذلك ، كان التعبير عن منتج 91 كيلو دالتون أقل من التعبير عن النوع البري PRDM9.

تعطيل الجرذ Prdm9 متوافق مع الخصوبة عند كلا الجنسين

اختبرنا بعد ذلك خصوبة الفئران التي تحمل Prdm9 الحذف. واحد وعشرون من 22 (95٪) من Prdm9- ناقص وجميع الذكور 26 متغاير الزيجوت المختبرة أنجبت ذرية. متغاير الزيجوت Prdm9 KO / بالوزن الذكور الذين أنتجوا ما لا يقل عن اثنين من الفضلات (ن = 26) أنجب 6.8 ± 1.6 (يعني ± الانحراف المعياري) من ذرية لكل أنثى في الشهر ، 32٪ أكثر مقارنة مع Prdm9- ذكور ناقصة ولديهم طفلان على الأقل (ن = 15 4.6 ± 2.1 ص = 0.0009 ويلش ر اختبار الشكل 2f). انخفض حجم القمامة نفسها أيضًا Prdm9- ذكور ناقصة (الشكل 2 هـ). بالغ (من 71 إلى 98 يومًا) Prdm9- الذكور التي تعاني من نقص في الوزن الخصوي النسبي وانخفض عدد الحيوانات المنوية بحوالي 40٪ مقارنة بكل من الجرذان متغايرة الزيجوت والفئران من النوع البري (ص & lt 0.0001 لكل نموذج انحدار خطي (LRM) الشكل 2 أ-ج ، ملف إضافي 1: الشكل S3).

انخفاض معايير الخصوبة للذكور الذين يحملون SHR Prdm9 تعتمد عمليات الحذف على العمر. كل نقطة تصور حيوان واحد. أ-ج Boxplots من عدد الحيوانات المنوية (أ) ، وزن الخصية (ب) ، ووزن الخصية النسبي (ج، ملليغرام من وزن الخصية لكل جرام من وزن الجسم). د، الصور التمثيلية للمقاطع الملطخة بالهيماتوكسيلين إيوزين (HE) من خصيتي الفئران لاحظ وجود الحيوانات المنوية الناضجة (الأسهم) في الذكور الثلاثة. ه وأشار حجم القمامة للوالدين الذكور من اثنين Prdm9 الأنماط الجينية لعمر الأب عند الولادة. تم اختبار الدلالة الإحصائية للاختلافات بين الطرز الوراثية باستخدام LRM في الفئات العمرية حتى 150 وما فوق 150 dpp. F تمت الإشارة إلى عدد الجراء في الشهر لكل أنثى (OMU) في نطاقات التزاوج (أيام) في ذكور SHR من اثنين Prdm9 الأنماط الجينية. يتم تقديم البيانات الأساسية لجميع المؤامرات المنشورة في ملف إضافي 3

Prdm9- تعاني الإناث البالغات اللاتي يعانين من نقص في الوزن (من 69 إلى 373 يومًا) من انخفاض وزن المبيض والوزن النسبي للمبيض مقارنةً بالضوابط (ص & lt 0.0001 ، حساب LRM للعمر الشكل 3 أ ، ب ، الملف الإضافي 1: الشكل S3). من 25 Prdm9- إناث ناقصة الهجن لمدة شهرين على الأقل ، أنجبت 11 (44٪ ، تحمل جميع أنواع الحذف الأربعة) ذرية ، بينما تم اختبار جميع الإناث البالغ عددها 27. Prdm9 KO / بالوزن أنجبت الإناث الجراء. علاوة على ذلك ، فإن حجم القمامة Prdm9- ناقص (Prdm9 KO / KO ) كان الوالدان من الإناث (5.4 ± 1.7) أصغر من الأبوين Prdm9 KO / بالوزن (8.3 ± 1.6 ص = 0.0003 ويلش ر اختبار الشكل 3D). تولد الجراء من كل من الذكور والإناث Prdm9 KO / KO كانت الفئران خصبة وظهرت طبيعية. لم يتم استرداد أي نسل عندما كان كلا الشريكين في التزاوج Prdm9- ناقص (7 إناث ، تهجين شهرين). باختصار ، على عكس الفئران B6 و PWD ، تظهر كل من فئران SHR من الذكور والإناث التي تفتقر إلى وظيفة PRDM9 انخفاضًا جزئيًا في الخصوبة.

انخفاض الخصوبة وفشل المبايض المبكر في الإناث الحامل بخلل Prdm9 الحذف. أ, ب Boxplots وزن المبيض (أ، بالملجم) والوزن النسبي للمبيض (ب، ملجم من وزن المبيض لكل جرام من وزن الجسم). ج أمثلة على أقسام ملطخة من HE من ثلاثة مبيضين بالغين عند تكبيرين. لاحظ أن جميع الإناث تحمل بصيلات الخلايا الجرثومية (الأسهم). د وأشار حجم القمامة للوالدين من اثنين Prdm9 الأنماط الجينية مع عمر الأم عند الولادة. تم اختبار الفرق بين الأنماط الجينية باستخدام LRM في الفئة العمرية التي تصل إلى 150 نقطة في البوصة. ه يشار إلى عدد الجراء في الشهر لكل أنثى (OMU) ونطاقات التزاوج (أيام) لاثنين Prdm9 الأنماط الجينية. الإحداثيات عند OMU = 0 تحتوي على بيانات لـ 14 Prdm9- إناث ناقصة ، عشر منها تزاوج بعد 150 ديسيبل (لمتوسط ​​إضافي 26 يومًا). F تحديد الجريب من أقسام المبيض المشار إليه Prdm9 الأنماط الجينية في ثلاث نقاط من تطور ما بعد الولادة. الفروق بين الثلاثة Prdm9 تم تحليل الأنماط الجينية وبين الحيوانات من ثلاثة أعمار داخل كل نمط وراثي باستخدام LRM مع اختبار Tukey اللاحق وتعديل Bonferroni. ز صور تمثيلية لأقسام المبيض الملطخة بالتهاب الكبد الوبائي من الإناث ذات 21 نقطة في البوصة

تعطيل الجرذ Prdm9 يحث على أربعة اعتقالات جزئية لتكوين الحيوانات المنوية

للكشف عن أسباب انخفاض الخصوبة عند الذكور ، أجرينا كيمياء مناعية ونسيج وخلايا للخط الجرثومي. داخل خصية الفئران البالغة ، تبدأ الموجات اللاحقة من تكوين الحيوانات المنوية مرة كل مرة

12 يومًا (8-9 في الفئران) [29] تستغرق عملية تكوين الحيوانات المنوية للفئران بأكملها

52 يومًا. تصطف الحيوانات المنوية السابقة للحيوية محيط النبيبات المنوية ، وتنقسم بشكل انقسام ، وتنضج. تنتقل الخلايا المنوية الأولية الناتجة من خلال الطور الانتصافي الأولي وقسمين متخصصين لإنتاج الحيوانات المنوية ، والتي تتمايز في الحيوانات المنوية حتى يتم إطلاقها في التجويف الأنبوبي. نظرًا لأن دورة تكوين الحيوانات المنوية الجديدة تبدأ قبل انتهاء الدورات السابقة ، فإن كل أنبوب صغير يحمل أنواعًا مختلفة من الخلايا الجرثومية. نظرًا لأنه يتم إصلاح كل من الوقت بين الدورات ومدة المراحل التنموية الفردية ، يمكن تصنيف كل قسم أنبوب الفئران إلى 14 نوعًا (12 في الماوس) ، يشار إليها بالمراحل من الأول إلى الرابع عشر.

لتحديد مراحل معينة من الأنابيب المنوية في الخصيتين المتحولة المتأثرة Prdm9 التعطيل ، قمنا بتصنيف الخلايا وتحديد كميتها في جميع المراحل الـ 14 من أنابيب الفئران (أكثر من 60.000 خلية) باستخدام أقسام من الخصيتين البالغة ملطخة بالحمض الدوري ، شيف ، والهيماتوكسيلين (PAS-H ، الشكل 4 أ والشكل 5 ، إحصاءات في ملف إضافي 2: الجدول S2). بشكل عام ، كان من السهل التعرف على جميع مراحل الأنابيب الأربعة عشر وكانت أعداد الحيوانات المنوية متشابهة في خصيتي الجرذان المتحولة والسيطرة. ومع ذلك ، كانت الأنابيب الطافرة في جميع المراحل أقل كثافة سكانية مقارنة بعناصر التحكم (تم تعديل جميع الأنابيب الأربعة عشر ص القيم أقل من 0.036 LRM) ، ويرجع ذلك في الغالب إلى انخفاض عدد الحيوانات المنوية المستديرة والممدودة (جميع 22 ص & lt 0.037). يمكن أن تحدث هذه الأعداد المنخفضة من المبيدات المنوية إما فقط بسبب توقف (حالات) الانتصافي الجزئي أو توقف (حالات) ما بعد الانقسام أو كليهما. لحل هذه الاحتمالات الثلاثة ، قارنا تعداد الخلايا غير الطبيعي. وجدنا أعدادًا مرتفعة من الحيوانات المنوية المستديرة غير الطبيعية (الهالة [30] والمفصلية والمتدهورة [31]) في المراحل الطافرة الرابعة (ملخص ص = 0.027) و V (ص = 0.028) بالمقارنة مع الضوابط من النوع البري ، والتي تدعم مساهمة اعتقالات ما بعد الانقسام (الشكل 6 أ). علاوة على ذلك ، اكتشفنا عددًا متزايدًا من الخلايا المنوية المنتصف pachytene المعيبة في المرحلة الرابعة (ص = 0.022) والخلايا المنوية الطورية المنحلة في المرحلة الرابعة عشرة (المقابلة لمرحلة الماوس الثانية عشرة) ص = 0.015) من Prdm9- نقص الخصيتين ، مما يدل على نوعين من اعتقالات الانتصافي. بالاتفاق مع هذا الاستنتاج ، احتوت المراحل الطافرة من الخامس إلى الثاني عشر على عدد أقل من الخلايا المنوية المنتفخة (كل ثمانية ص القيم & lt 0.024) والمرحلة الطافرة XIV كلاهما من الخلايا المنوية الأولية الأقل تأخرًا (ص & lt 0.0001) وأقل من الطور الثاني للخلايا المنوية (ص = 0.020) مقارنة بالضوابط. بالإضافة إلى ذلك ، احتوت المراحل الثامن والعاشر والحادي عشر من الأنابيب الطافرة على أعداد مرتفعة من الخلايا المنوية من اللبتوتين (الثلاثة جميعها ص & lt 0.035) ، مما قد يشير إلى تأخير الطور الأول. إجمالاً ، أشارت نتائج التشريح المرضي إلى أن استئصال الفئران Prdm9 تسببت الوظيفة في اعتقالات جزئية للانقسام الاختزالي في المرحلتين الرابعة والرابعة عشر ، وتأخرًا في الطور الأول للانقسام الاختزالي ، وفشلًا غير كامل في تكوين النطاف في المرحلتين الرابعة والخامسة.

Prdm9- يسبب نقص النطاف اعتقالات في تكوين الحيوانات المنوية في المراحل الأنبوبية الرابعة والرابعة عشر من SHR الجرذ. أ أنسجة الخصية باستخدام تلوين PAS-H. أمثلة توضيحية لجميع مراحل أنبوب الفئران البالغ عددها 14. تلطخ الخلايا المتدهورة في الأنابيب المنوية من طفرات البالغين (71 dpp) بشكل مكثف بـ PAS-H (أزرق أرجواني) في المرحلتين الرابعة والرابعة عشر (الأسهم الحمراء). P ، pachytene spermatocytes RSP ، نطفة دائرية ESP ، نطفة ممدودة S ، خلايا Sertoli Pl ، preleptotene L ، leptotene D ، دبلوتين Z-P ، zygotene-pachytene spermatocytes MI ، metaphase I spermatocytes. يتم عرض التحديد الكمي للخلايا في جميع المراحل في الشكل 5. ب تم تأكيد زيادة موت الخلايا المبرمج في أنابيب الفئران الطافرة من المرحلة الرابعة والرابعة عشر عن طريق وضع العلامات على موت الخلايا المبرمج (TUNEL) ، والأكروسوم (PNA) ، والحمض النووي (Hoechst 33342)

Prdm9- يغير نقص كميات الخلايا المولدة للحيوانات المنوية في جميع المراحل الأنبوبية الأربعة عشر من جرذ SHR. يتم إعطاء عدد الخلايا لأنواع الخلايا المنوية في الأنابيب المنوية من المراحل من الأول إلى الرابع عشر بما في ذلك متوسط ​​عدد الخلايا ± الانحراف المعياري لكل أنبوب في كل مرحلة محسوبًا من 3 إلى 5 أنابيب لكل مرحلة والحيوان (4 طفرات و 3 عناصر تحكم) من الأقسام الملطخة مع PAS-H. SG A ، النوع A الحيوانات المنوية SG In ، الحيوانات المنوية الوسيطة SG B ، الحيوانات المنوية من النوع B انظر أسطورة الشكل 4 لاختصارات الخلايا المنوية الأولية والحيوانات المنوية MII ، الطور الثاني للخلايا المنوية sSC ، الخلايا المنوية الثانوية dM ، المتدهورة MI / II و sSC dP ، pachytene dSP ، النطفة المتدهورة ، الهالة ، والمفاصل

الجرذ PRDM9 يؤثر على تطور ما بعد التزاوج للحيوانات المنوية المستديرة. أ أمثلة على الحيوانات المنوية الطبيعية والمعيبة من النوع البري و Prdm9- عجز ذكور SHR في أقسام الخصية الملطخة بـ PAS-H. الوسائل المحسوبة في المتحولة مقابل السيطرة في جميع المراحل الـ 14 موضحة في الشكل 5. ب ، ج زيادة موت الخلايا المبرمج أثناء تطور ما بعد الانقسام Prdm9- نقص الخصيتين SHR. ب تم تسجيل متوسط ​​تعداد النطفة المستديرة الأبوطوزية لكل نبيب أبوبتوتيك من نبيبات أبوطوزية تم اختيارها عشوائياً (18 إلى 32 لكل حيوان ، إجمالي 221 أنبوبًا من 9 حيوانات) ، تم رسمها وتقييمها باستخدام LRM. كان متوسط ​​عدد عينات الطافرة والسيطرة 1.1 ± 0.4 و 0.4 ± 0.2 على التوالي. ج تم تمييز الحيوانات المنوية المستديرة (RSP) في الأجزاء المجاورة TUNEL-DAPI و anti-PIWIL1-Hematoxylin الملطخة من الصور التمثيلية للخلايا المنوية (SC) (نفس الأنبوب).

لتأكيد هذه الاعتقالات في تكوين الحيوانات المنوية ، قمنا بفحص أقسام خصية الجرذان البالغة من أجل موت الخلايا المبرمج باستخدام وضع العلامات الطرفية لـ deoxynucleotidyl transferase dUTP (TUNEL) وكشفنا أن Prdm9 KO / KO كان متوسط ​​عدد الخلايا المبرمج أعلى بمقدار 7 أضعاف لكل الأنابيب مقارنةً بـ Prdm9 بالوزن / بالوزن و Prdm9 KO / بالوزن (ص & lt 0.001 لكلتا الحالتين LRM واختبار Tukey). لتمييز أنواع الخلايا الجرثومية التي تخضع لموت الخلايا المبرمج ، قمنا بدمج هذه البيانات مع نتائج الكيمياء المناعية المضادة لـ PIWIL1 (الشكل 6 ب ، ج). يتم التعبير عن بروتين PIWIL1 في الخلايا المنوية والحيوانات المنوية pachytene [32 ، 33]. كشف التحليل الموازي لـ 221 أنبوبًا أبوطوزيكًا على أقسام TUNEL المجاورة و anti-PIWIL1-hematoxylin الملطخة أن غالبية الخلايا المبرمج (يعني 82 إلى 88 ٪ ، إجمالي 1059) كانت خلايا منوية (ص & lt 0.001 لكل من مقارنة المسوخ بـ Prdm9 بالوزن / بالوزن و ل Prdm9 KO / بالوزن ). متوسط ​​عدد النطفة المستديرة الأبوطوزية لكل أنبوب صغير في Prdm9 KO / KO أيضا تجاوزت ذلك مجتمعة Prdm9 KO / بالوزن و Prdm9 بالوزن / بالوزن (الشكل 6 ب ، ص = 0.0044) ، مما يدعم نتائج تلوين PAS-H. لتأكيد الاعتقالات الجزئية للطور الأول والطور الطوري ، تم الكشف عن الخلايا المبرمج بواسطة اختبار TUNEL على أقسام الخصية البالغة التي تمت تسميتها بشكل مشترك من أجل acrosome (peanut agglutinin أو PNA) والنواة (Hoechst 33342) (الشكل 4 ب). حملت المراحل الأنبوبية الرابعة والرابع عشر في الخصيتين الطافرة عددًا أكبر من الخلايا المبرمج (يعني ثلاثة خصيتين 4.5 و 4.0 ٪) من اثنين من الضوابط من النوع البري (0.25 و 0.35 ٪ ، على التوالي) ص & lt 0.007 ، نموذج خطي معمم أو GLM). الاعتقال شبه الكامل في منتصف pachytene الموجود في B6-Prdm9 KO / KO المسوخ [14 ، 34] خفيف في طفرات SHR. وبالتالي ، انخفض عدد الحيوانات المنوية في Prdm9يمكن تفسير الفئران الناقصة عن طريق زيادة موت الخلايا المبرمج خلال ثلاث مراحل أنبوبية على الأقل ، IV (الخلايا المنوية المتوسطة والحيوانات المنوية المستديرة) ، والرابع عشر (الخلايا المنوية الطورية) ، و V (الحيوانات المنوية المستديرة).

الجرذ PRDM9 مهم للنطاف الفعال

الحيوانات المنوية للجرذان الناضجة (الخطوة 19 أو S19) تتماشى مع الجانب اللمعي للظهارة المنوية ويتم إطلاقها في التجويف الأنبوبي خلال مرحلة الفئران الثامنة في عملية تسمى النطاف [35]. لتقييم كفاءة النطاف في Prdm9- الفئران الناقصة ، قمنا بفحص المراحل الأنبوبية IX و X من أقسام خصية الفئران الملطخة بـ PAS-H (ملف إضافي 1: الشكل S4 ، ملف إضافي 2: الجدول S3). نادرًا ما يتم الاحتفاظ بالحيوانات المنوية من النوع البري S19 الناضجة داخل الظهارة في المرحلة التاسعة (0.5 ± 0.4 لكل أنبوب) ، والتي تتناقض مع المرحلة التاسعة من Prdm9- قصور SHR (1.5 ± 0.2 ص = 0.03 ، GLM). تم اكتشاف اختلاف احتفاظ الحيوانات المنوية S19 أيضًا في المرحلة الأنبوبية من النوع البري مقابل المرحلة الأنبوبية الطافرة X (0.2 ± 0.1 مقابل 1.8 ± 0.4. ص = 0.01 ، GLM). تشير هذه النتائج إلى انخفاض كفاءة النطاف. وبالتالي ، فإن زيادة موت الخلايا المبرمج ، وتشوهات الحيوانات المنوية المستديرة ، وفشل النطاف تساهم في تقليل وظيفة تولد النطاف في Prdm9- الفئران الناقصة. إجمالاً ، تظهر نتائجنا أن PRDM9 مطلوب أيضًا لتطوير وإطلاق مشيج ذكر أحادي الصيغة الصبغية للجرذان.

تعطيل Prdm9 يؤدي إلى اعتقالات المرحلة الرابعة والثانية عشرة للخلايا المنوية للأشخاص ذوي الإعاقة

لاختبار عمومية اعتقالات جزئية للانقسام الاختزالي الأول في منتصف pachytene والمراحل الطورية من Prdm9- ذكور ناقصة ، استخدمنا أ Prdm9- عوز ذكور الفأر المعقم مع انخفاض إجمالي في عدد الحيوانات المنوية [14]. قمنا بتحليل المرحلتين الأنبوبية الرابعة والثانية عشرة باستخدام أقسام الخصية الملطخة بـ PAS-H للبالغين Prdm9- ذكور الأشخاص ذوي الإعاقة الناقصة والتحكم في الماوس (ملف إضافي 1: الشكل S5 ، ملف إضافي 2: الجدول S4). بالمقارنة مع الأشخاص ذوي الإعاقة البرية ، وجدنا زيادة في أعداد الخلايا المنوية المتدهورة في المرحلة الرابعة (4.9 ± 0.5 مقابل 0.0 ± 0.0). ص & lt 0.001 ، GLM) والخلايا الطورية في المرحلة الثانية عشرة (3.2 ± 0.6 مقابل 0.7 ± 0.4 ص & lt 0.001) ، مما يشير إلى أن نوعي الاعتقال الانتصافي يقللان من أعداد Prdm9- نقص الخلايا الجنسية الذكرية.

الكبار Prdm9- ذكور الأشخاص ذوي الإعاقة الذين يعانون من نقص في عرض 41 ٪ فقط من الخلايا المنوية من النوع البري مع تشابك جسمي كامل ، في حين أن الفئران SHR-Prdm9 KO / KO المسوخات تظهر 72٪ منهم ، مما يشير إلى ضعف المرحلة الرابعة في القبض على الفئران. وبالتالي ، توقعنا انخفاض أعداد الخلايا المنوية الأولية المتأخرة في المرحلة الأنبوبية للفأر الثانية عشرة مقارنةً بالمرحلة الرابعة عشرة للفئران المقابلة. في الواقع ، على الرغم من أن متوسط ​​عدد الخلايا المولدة للحيوانات المنوية من جميع الأنواع في المرحلة الثانية عشرة من الفئران PWD من النوع البري مقابل المرحلة الرابعة عشرة من الفئران SHR من النوع البري كانت متشابهة ، فإن متوسط ​​تعداد الخلايا المنوية الأولية المتأخرة كان أقل في متحولة الأشخاص ذوي الإعاقة مقارنةً بالطفرة SHR (4.1 ± 0.3 مقابل 7.7 ± 0.4) ، مما يدعم توقيف منتصف باشيتين الأقوى في الأشخاص ذوي الإعاقة-Prdm9 تم / تم متحولة. يبلغ عدد الحيوانات المنوية لطفرات SHR و PWD حوالي 33 ٪ و 1 ٪ من تعداد النوع البري المقابل. بالاتفاق مع هذه النتائج ، كان عدد الحيوانات المنوية الممدودة في المرحلة الرابعة من طفرة الجرذ SHR من 17 إلى 37 ٪ ومن متحولة PWD 0.3 إلى 3.9 ٪ من تعداد النوع البري SHR و PWD ، على التوالي. باختصار ، كلا الفأر SHR و PWD Prdm9- يعاني الذكور الناقصون من اعتقالات غير مكتملة في منتصف pachytene و metaphase.

معظم الفئران وليس كلها Prdm9- تشابك الخلايا المنوية الناقصة في الكروموسومات المتماثلة

مثل B6-Prdm9 KO / KO يعرض فأر ذكر كامل و PWD-Prdm9 KO / KO توقيف pachytene الجزئي مع DSBs المستمرة والتشابك غير الكامل [14 ، 34] ، قمنا بمعايرة نوى الفئران البالغة من خلال الوسم المناعي للعنصر المركزي للمركب المشبكي ، وبروتين SYCP1 ، وعلامة DSB γH2AX (الشكل 7). يوفر مجمع synaptonemal سقالة لمحاذاة الكروموسومات المتجانسة والعنصر المركزي يحافظ على المتماثلات معًا طوال طولها (المشابك المتجانسة). تم العثور على هيستون H2AX الفسفوري (γH2AX) بالقرب من DSBs ، ولكنه أيضًا يتم توطينه في الكروموسومات X و Y (الجسم الجنسي) في مراحل لاحقة من الانقسام الاختزالي (تمت مراجعته في [1]). على عكس Prdm9- ذكور الأشخاص ذوي الإعاقة الذين لديهم 40٪ من الخلايا المنوية الطبيعية (المشابك الكاملة) pachytene [14] ، أظهرت طفرات الجرذان 78٪ (12 ذكورًا ، 729 نواة) وفئران من النوع البري SHR 96٪ من الخلايا المنوية الطبيعية (الشكل 7 أ). أربعة من 12 Prdm9- تم حذف 20 كودونًا في مجال PR / SET (حذف 516-bp من إجمالي الحمض النووي الجيني) و 72٪ pachynema طبيعية بينما حمل الثمانية الآخرون طفرات تغيير الإطارات المقطوعة (80٪). لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في النسبة المئوية للخلايا البطنية الطبيعية ذات الجسيمات الذاتية المتشابكة بالكامل بين هذه الخلايا الأربعة مقابل الثمانية. Prdm9- فئران ناقصة (ص = 0.09 ، GLM). باستمرار ، فإن أوزان الخصية وعدد الحيوانات المنوية من هذين الاثنين Prdm9 كانت أنواع الحذف متشابهة أيضًا (الشكل 2). لتأكيد دور الفئران PRDM9 في التشابك العصبي ، تم أيضًا تمييز الكروموسوم المنتشر من الخصيتين البالغتين باستخدام الأجسام المضادة ضد بروتين HORMAD2 الذي يزين الكروموسومات المتجانسة غير المنفصلة أثناء pachynema ([36] الشكل 7 ب). خمسة وتسعون في المئة من الخلايا المنوية pachytene من Prdm9 KO / بالوزن ولكن فقط 62٪ من SHR-Prdm9 KO / KO كانت الحيوانات طبيعية (ص & lt 0.0001 ، GLM). وهكذا ، فإن ذكور الجرذ SHR تتطلب PRDM9 للتشابك الفعال ، ولكن بدرجة أقل من ذكور الفئران ذوي الإعاقة وعلى عكس الذكور B6 ، حيث يكون PRDM9 ضروريًا تقريبًا للتشابك [14].

انخفاض التشابك العصبي المتماثل ولكن معدل العبور مماثل في ذكور SHR مع Prdm9 عمليات الحذف مقارنة بالنوع البري. أ, ب النسبة المئوية للخلايا المنوية الطبيعية من pachytene (مع تشابك جميع الجسيمات الذاتية). تمثل كل نقطة حيوانًا واحدًا (أكثر من 50 خلية). يتم إعطاء الأجسام المضادة المستخدمة لتلوين انتشار الكروموسومات في عناوين كل رسم بياني. هوامش نووية تستخدم لتحليل المشابك الجسدية في كليهما أ و ب لتحليل المشابك XY في ج و د. ج النسبة المئوية للنوى ذات المشابك الصبغية الجسدية الكاملة خارج النوى مع XY asynapsis في Prdm9- نقص الخصيتين والتحكم في الجرذان. د النسبة المئوية للنواة مع كل من الصبغي الجسدي و XY asynapsis في Prdm9- نقص الخصيتين والتحكم في الجرذان. ه, F، أمثلة على خلايا pachytene الطبيعية. كيمياء الخلايا المناعية مع الأجسام المضادة ضد: ه مجمع Synaptonemal (SYCP1 ، SYCP3) والكروماتين المحيط بمواقع DSB (γH2AX) F SYCP3 ، γH2AX ، ومحاور الكروموسومات غير المتشابكة (HORMAD2). انظر الملف الإضافي 1: الشكل S6 للحصول على صور النوى التمثيلية من Prdm9- ذكور ناقصة. الاختلافات بين Prdm9 تم تحليل الأنماط الجينية باستخدام LRM مع اختبار Tukey اللاحق وتعديل Holm للاختبار المتعدد. ز صورة تمثيلية لانتشار الكروموسومات من أ Prdm9- الفئران التي تعاني من نقص المناعة من أجل كيناز 2 المعتمد على السيكلين (CDK2) ومركب synaptonemal (SYCP1) ، مما يؤكد أن CDK2 يتم توطين كل من العقيدات المتقاطعة والتيلوميرات كما في الماوس. ح تعداد العقيدات الجسدية المتصالبة لكل خلية (ن = 2 حيوانات لكليهما Prdm9 KO / بالوزن و Prdm9 KO / KO , ن = 1 للنوع البري)

الفئران PRDM9 مهم للتشابك الفعال للكروموسومات الجنسية

للتحقق مما إذا كان PRDM9 يدعم أيضًا التشابك العصبي للكروموسومات الجنسية للفئران ، قمنا بتحليل نوى انتشار الخلايا المنوية من الخصيتين البالغتين باستخدام الوسم المناعي (الشكل 7 ج ، د). سبع خصيات متحولة حملت 192 من 549 (35 ٪) وسبعة عناصر تحكم (3 من النوع البري و 4 متغاير الزيجوت Prdm9 ذكور) 42 من 803 (5٪) خلية مع XY asynapsis. ستة وثمانون بالمائة (36 من 42) من خلايا التحكم ولكن فقط 35٪ (68 من 192 الشكل 7 ج) أظهرت الخلايا الطافرة تشابكًا وراثيًا كاملًا ، وبالتالي من المحتمل أن تكون انتفاخًا متأخرًا. 124 المتبقية Prdm9كانت الخلايا المنوية الناقصة (23٪ من 549 ، 65٪ من 192) مع كل من الجنس والخلل الوراثي الجسدي نادرة في الضوابط (0.7٪ من 803 ، 14٪ من 42 الشكل 7 د) وتمثل الخلايا الشاذة. هذه النتائج تشير إلى أن الجرذ Prdm9 مطلوب للتشابك XY الفعال.

يدعم Rat PRDM9 إصلاح أجهزة DSB ولا يؤثر على معدل الانتقال

يعتبر Mouse PRDM9 مهمًا لإصلاح جهاز DSB بكفاءة [12 ، 34]. لتقييم تأثير PRDM9 على إصلاح DSBs الانقسام الاختزالي في الفئران ، قمنا بتحليل نوى الخصية المنتشرة من Prdm9- نقص الخلايا المنوية البالغة. كشف التحلل المناعي لمركب synaptonemal ، والوسط ، والمراحل المبكرة من إصلاح DSB (RAD51 / DMC1) عن عدد قليل من بؤر RAD51 / DMC1 على الجسيمات الذاتية والبؤر المتعددة على الكروموسومات الجنسية في الخلايا المنوية المبكرة الطبيعية الباشيتينية (ملف إضافي 1: الشكل S6m-p). اختفت جميع إشارات RAD51 / DMC1 في حالة التأخر الطبيعي المتأخر (الشكل S6q). ومع ذلك ، أظهرت الخلايا غير الطبيعية العديد من البؤر القوية الملطخة بـ RAD51 / DMC1 على الكروموسومات غير المتشابكة (الشكل S6r) ، مما يشير إلى أن PRDM9 مهم للإصلاح الفعال لـ DSBs المبرمجة لعمليات الانتقال.

بسبب نقص وجود الحيوانات المنوية في الفأر Prdm9 دالة مرتبطة بمعدل التقاطع [14] ، قمنا بتحليل عدد عمليات الانتقال الانتصافي في الفئران ذات Prdm9 نسخ الأرقام ، بما في ذلك SHR-Prdm9 بالوزن / بالوزن و SHR-Prdm9 KO / KO ذكور. تم تحصين الخلايا المنوية بالأجسام المضادة لبروتين CDK2 الذي يتم توطينه في مواقع التقاطع في الطور الانقباضي للفأر ([37] الشكل 7 ز). الجميع Prdm9- تم العثور على الخلايا المنوية الناقصة مع إشارات SYCP1 و CDK2 (63 من اثنين من الذكور) متشابكة بالكامل. على حد سواء Prdm9- تم اختبار ذكور ناقصة في المتوسط ​​27.4 عمليات انتقال وراثي جسمي لكل خلية ، مثل ثلاثة ذكور تحكم (27.4 ± 0.2 شكل 7 ساعات) ، مما يشير إلى عدم وجود تأثير لـ Prdm9 على متوسط ​​معدل عبور ذكور الجرذان.

انخفاض معدلات الخصوبة Prdm9- الفئران الناقصة تتغير مع تقدم العمر

Prdm9 يؤثر على الخصوبة المتأخرة للذكور الهجين من الفئران [6]. للكشف عن الآثار المرتبطة بالعمر لـ Prdm9 على خصوبة الجرذان ، قمنا بتحليل معايير الخصوبة المختلفة في نقاط زمنية متعددة تصل إلى 250 نقطة في البوصة. ال Prdm9أظهرت الحيوانات التي تعاني من نقص معدلات الخصوبة انخفاضًا في جميع الأعمار. باستثناء وزن الجسم المستخدم كعنصر تحكم سلبي ، بدأت جميع معايير الخصوبة التي تم اختبارها في الانخفاض في SHR-Prdm9 KO / KO ولكن ليس في الحيوانات الخاضعة للمراقبة بعد حوالي 100-150 نقطة ضعف في القوة (الشكل 8).

معلمات الخصوبة Prdm9- الحيوانات الناقصة تتغير مع تقدم العمر. الفروق بين الثلاثة Prdm9 تم تحليل الأنماط الجينية باستخدام LRM مع اختبارات Tukey اللاحقة وتعديل Holm في ثلاث فئات عمرية: 50-100 ، و 100-150 ، و 150-250 نقطة في البوصة. ص توضح القيم الاختلافات بين SHR-Prdm9 KO / بالوزن و SHR-Prdm9 KO / KO الفئران. المقارنة بين النوع البري و SHR-Prdm9 KO / بالوزن لم تكشف الفئران عن أي فروق في معايير الخصوبة ولديها منحنيات ارتباط متسقة للغاية. تم استخدام الارتباط بين العمر ووزن الجسم كعنصر تحكم سلبي

لتقييم خصوبة الذكور بشكل أكثر مباشرة ، عبرنا ذكور الفئران وقمنا بتحليل إنتاج النسل (الشكل 2 هـ ، و). بالاتفاق مع وزن الخصيتين وعدد الحيوانات المنوية ، فإن Prdm9- أنجب الذكور الناقصون عددًا أقل من الجراء بعد 150 نقطة ضعف ، مما يؤكد تأثير PRDM9 على الخصوبة التي تعتمد على العمر.

تعطيل الجرذ Prdm9 يؤدي إلى فشل المبايض المبكر

الأشخاص ذوي الإعاقة و B6 Prdm9- تكون إناث الفئران التي تعاني من نقص في العقم ، لأنها تشكل عددًا قليلاً جدًا من البصيلات وتفقد كل البويضات قبل البلوغ [12 ، 14]. لشرح انخفاض وزن المبيض Prdm9-الفئران الناقصة ، فحصنا تأثير Prdm9 على نمو الجريبات وعمر الخصوبة. يبدأ تكوين الجريبات بتكوين بصيلات جرذ بدائية على 2 dpp. كشف تحليلنا عن 25٪ من الجريبات البدائية في SHR-Prdm9 KO / KO مقارنة بالإناث الضابطة عند 2 dpp (الشكل 3f) ، مما يشير إلى أن غالبية البويضات تُفقد قبل بداية التطور الجريبي. يمكن ملاحظة الجريبات الغارية الأولية والثانوية والصغيرة بجانب الجريبات البدائية في الفئران الصغيرة قبل ظهور الشبق على 21 dpp. كان متوسط ​​العدد الإجمالي للبصيلات في الطافرة 7 ٪ فقط من الضوابط عند 21 نقطة في البوصة ولم يتم اكتشاف بصيلات بدائية تقريبًا. من المحتمل أن يساهم هذا الحجم المنخفض لبركة البويضات في تقليل الحجم الصغير. Prdm9- لم تحتوي الفئران التي تعاني من نقص على بصيلات عند 180 نقطة في البوصة ، وهو ما يتناقض مع عناصر التحكم (الشكل 3 و ، ز). تفسر ندرة البويضات عدم وجود نسل في الإناث الطافرة بعد 150 نقطة في البوصة (الشكل 3 د) ، على الرغم من التزاوج في هذا العمر (الشكل 3 هـ) ، وينعكس ذلك أيضًا من خلال انخفاض وزن المبيض (انظر أعلاه). هذه الأنماط الظاهرية لـ SHR-Prdm9 KO / KO تشبه الإناث متلازمة فشل المبيض المبكر عند الإنسان ، حيث يتم استنفاد تجمع البويضات في سن مبكرة مما يؤدي إلى العقم [38]. إجمالاً ، تشير هذه النتائج إلى أهمية الجرذ Prdm9 من أجل بقاء البويضات وتطور البصيلات.

يؤثر الجرذ PRDM9 على مدة الطور الانقباضي الأول في كلا الجنسين

الاعتقال الجزئي الانتصافي في الفئران الهجينة شبه المخصبة ، والتي يتم تخفيفها عن طريق التلاعب Prdm9 الجرعة ، مصحوبة بتأخير الانتصافي [6] و SHR-Prdm9 KO / KO أظهر الذكور البالغون زيادة في تعداد الليبتوتين مقارنةً بالضوابط في عدة مراحل أنبوبية. للتحقق من صحة متطلبات Prdm9 من أجل حركية التقدم الانتصافي الطبيعية في ذكور SHR ، قمنا بتحليل الموجة الأولى من تكوين الحيوانات المنوية للفئران عن طريق الكيمياء المناعية والكيمياء الخلوية. قمنا بفحص أقسام ما قبل البلوغ PRDM9 التي تعاني من نقص والسيطرة (من النوع البري و Prdm9 KO / بالوزن ) الخصيتين SHR ذات العلامات المناعية للكروماتين المحيط بفواصل الحمض النووي تحت الإصلاح (γH2AX) وجزيئات piwiRNA السيتوبلازمية (PIWIL1). اثنان وخمسون في المائة من الأنابيب الخصية في عناصر تحكم 21 dpp (3 ذكور ، وسجل 154 إلى 368 أنبوبًا) ولكن تم تصنيف 8 ٪ فقط من الأنابيب الخصية (565 أنبوبًا من حيوانين) على أنها تحتوي على خلايا في pachynema (الشكل 9 أ ، ب ص = 0.042).

تأخر الانقسام الاختزالي في ذكور وإناث الفئران SHR Prdm9 وظيفة. ميلادي المرحلة الأولى المتأخرة Prdm9- نقص ذكور الجرذان مقارنة بالضوابط. أ, ب الكيمياء الهيستولوجية المناعية لخصيتين تحتويان على 21 ديسيبل (154 إلى 368 أنبوبًا مسجلاً من كل حيوان). ج الكيمياء المناعية لانتشار الخصية 18-dpp (أكثر من 400 خلية منوية لكل نمط وراثي). د يرتبط الانقسام الاختزالي المتأخر بالاستماتة. الكيمياء المناعية للخصيتين قبل البلوغ باستخدام TUNEL و DAPI. ه تأخر ظهور باكينيما في Prdm9- إناث الفئران الناقصة. تم تنظيم نوى مبيض منتشرة تبلغ 21 dpc باستخدام الكيمياء الخلوية المناعية (تم تسجيل أكثر من 250 بويضة لكل من الثلاثة Prdm9 الأنماط الجينية LRM). البيانات الأساسية لجميع المؤامرات المنشورة موجودة في ملف إضافي 3

لتأكيد التأخير الانتصافي الموجود على مستوى الأنسجة أيضًا على الخلايا ، قمنا بتحصين انتشار نوى الخصية من ذكور 18 dpp للعلامات المعقدة synaptonemal. شكلت الخلايا المنوية من نوع Pachytene حوالي 8 ٪ من جميع الخلايا المنوية في الخصيتين الطافرة مقارنة بـ 21 ٪ في المجموعة الضابطة (الشكل 9 ج). لتقييم ارتباط الطور الانتصافي للفئران الطافرة ، قمت بالتأخير مع توقف الانقسام الاختزالي الجزئي ، قمنا بفحص أقسام الخصية من 21 dpp SHR ​​الذكور من أجل موت الخلايا المبرمج باستخدام تلطيخ TUNEL. كانت هناك نسبة مئوية أعلى من الأنابيب التي تحتوي على خلايا موت الخلايا المبرمج المتعددة في الطفرة مقارنة بخصيتين التحكم (متوسط ​​24 مقابل 13٪) ، مما يشير إلى توقف ضعيف في الطور الأول (الشكل 9 د). يتم دعم هذا الاستنتاج من خلال تحليل تلطيخ PAS-H وموت الخلايا المبرمج في المرحلة الأنبوبية الرابعة من الخصيتين المتحولة للفئران البالغة (انظر أعلاه).

كلا من الذكور والإناث Prdm9أظهرت الحيوانات التي تعاني من نقص في SHR خصوبة تعتمد على العمر. لتقييم أهمية PRDM9 للتقدم الانتصافي في الوقت المناسب في إناث SHR ، قمنا بتنظيم نوى منتشرة من المبايض الجنينية ، حيث تحدث الموجة المفردة من الطور الأنثوي الأول (الشكل 9 هـ). استخدمنا علامات مجمع synaptonemal (SYCP3 و SYCP1) والكروماتين المحيط بفواصل الحمض النووي قيد الإصلاح (γH2AX). سبعة إلى 15 ٪ من البويضات في أربعة أزواج من مبيض التحكم في 21 يومًا بعد الجماع (dpc) كانت pachytene. ومع ذلك ، لا يحتوي زوجان من المبيضين الطافرين على نواة الباتشين (الشكل 9 هـ). ص = 0.015 ، LRM) ، والتحقق من صحة الطور الأول لتأخير الانقسام الاختزالي في نسبة الإناث في غياب PRDM9.

تظهر نتائجنا أن نقص PRDM9 يؤخر بداية مرحلة pachytene ويبطئ تقدم الطور الأول للانقسام الاختزالي في فئران SHR من كلا الجنسين.

الجرذ PRDM9 ثلاثي الميثيلات H3K4 ويوجه معظم أجهزة DSBs الانتصافية

من أجل تقييم وظيفة الفئران PRDM9 في وضع DSB ، تم تحليل توزيعات الجينوم على نطاق واسع لـ DSBs في سلالتين من الفئران ذات الصلة تحمل نفس Prdm9 أليل ، WKY و SHR ، وفي سلالة BN / RIJHsd التي تحتوي على Prdm9 أليل (الشكل 10 ، يمين) عن طريق تسلسل الحمض النووي المرتبط بـ DMC1 أحادي السلسلة (SSDS). تداخلت النقاط الساخنة المحددة لـ DSB بنسبة 88٪ بين سلالات SHR و WKY ، ولكن بنسبة 3٪ فقط بين سلالات BN و WKY (الشكل 10 ، ملف إضافي 1: الشكل S7). كانت النقاط الساخنة لـ DSB أقوى على الكروموسوم X منها على الجسيمات الذاتية (ملف إضافي 1: الشكل S8) ، كما هو متوقع [15]. تشير بيانات تداخل الإجهاد إلى أن PRDM9 يتحكم في معظم مواقع بدء إعادة تركيب الفئران. لمعالجة الوظيفة اللاجينية للجرذ PRDM9 ، أنشأنا ملفات تعريف H3K4me3 من خصيتي BN و WKY. اختلفت ملفات التعريف في مواقع النقاط الساخنة المتغيرة (الشكل 10) ، وبالتالي التحقق من صحة عرض الفئران PRDM9 في نشاط H3K4-methyltransferase في الجسم الحي. نقل DSBs الانقسام الاختزالي إلى H3K4me3 عند المروجين والعناصر الجينومية الوظيفية الأخرى في Prdm9 تم اقتراح فئران B6 بالضربة القاضية كسبب محتمل للعقم. التخفيف من النمط الظاهري للعقم في Prdm9وبالتالي يمكن أن يكون سبب نقص الفئران هو وجود عامل آخر يوجه آليات إعادة التركيب بعيدًا عن هذه المواقع. تم افتراض وجود هذا العامل بناءً على تحليل مواقع عمليات الانتقال البشرية المستقلة PRDM9 [23]. للتحقق من هذا الاحتمال ، تمت مقارنة التوزيع على مستوى الجينوم لـ DSBs الانقسام الاختزالي بين ذكر SHR بالغ يحمل حذف اقتطاع متماثل الزيجوت KO39 (الشكل 1) وزميله من النوع البري. كان توزيع النقاط الساخنة DSB في الفئران التي تفتقر إلى PRDM9 مماثلاً لتلك الموجودة في الفئران: تزامنت نسبة كبيرة من النقاط الساخنة مع علامات H3K4me3 الافتراضية ، وكثير منها كان في مروجي الجينات (الشكل 10 وانظر أدناه). تم نقل النقاط الساخنة DSB في Prdm9- الفئران الناقصة إلى مواقع H3K4me3 الافتراضية (98.6 ٪ من 21.586 نقطة ساخنة SHR DSB) وتشابه الأنماط الظاهرية للجرذان الأربعة Prdm9 تدعم عمليات الحذف الرأي القائل بأن الطفرات المقتطعة تؤدي إلى أليلات خالية. لذلك ، من غير المحتمل أن يكون للفأر عوامل أخرى إلى جانب PRDM9 لتجنب إعادة التركيب في مواقع H3K4me3 الافتراضية.

يتم تحديد مواقع النقاط الساخنة للجرذ الانتصافي DSB بواسطة PRDM9. على اليسار ، منطقة من كروموسوم الفئران 17 (مجموعة rn5) توضح أن النقاط الساخنة DSB (تظهر على شكل قمم) في ذكور SHR من النوع البري (SHR Prdm9 + / + SSDS) مع نفس الضغط Prdm9 أليل (WKY Prdm9 + / + SSDS) ، ولكن ليس مع سلالة مختلفة Prdm9 أليل (BN / RIJHsd Prdm9 + / + SSDS) أو معطل Prdm9 أليل (SHR Prdm9 −/− SSDS). نقاط اتصال DSB بتنسيق Prdm9- ضعف الذكور في التوطين مع الخصية (T) وأقل مع علامات الكبد (L) H3K4me3. تختلف ملفات تعريف H3K4me3 من سلالات BN a WKY وتعكس مواقع النقاط الساخنة الفريدة لكل من هذه السلالات ، وبالتالي التحقق من صحة أن الفئران PRDM9 تعرض نشاط H3-methyltransferase. يتوافق بعض المروجين ل Prdm9- النقاط الفعالة المستقلة (رؤوس الأسهم الخضراء) ، لكن المروجين الآخرين (رؤوس الأسهم الوردية) غير مستهدفين. يُظهر الصف "الجينات" نماذج الجينات Ensembl. تظهر تغطية Raw ChIP-seq في نوافذ ذات 150 نقطة أساس كل لوحة يتم تحجيمها إلى الحد الأقصى للقيمة. يمينًا ، مصفوفات أصابع الزنك المرتبطة بالحمض النووي لـ PRDM9 من سلالتين من الفئران تظهر بقايا الأحماض الأمينية متعددة الأشكال في اتصال مع الحمض النووي

Prdm9تميل النقاط الساخنة المستقلة إلى التوطين في مناطق تقويم العظام

للتعرف على الخصائص التطورية والوظيفية لنقاط DSB الساخنة (HSs) ، قمنا بتحليل الحفاظ على الجرذ (SHR) والفأر (B6) HSs عن طريق تعيين HSs الفئران لتجميع جينوم الفأر (انظر قسم "الطرق"). كما هو متوقع من التحليل الذي تم إجراؤه في الماوس [14 ، 15] ، تتداخل بين HSs من النوع البري و Prdm9 KO / KO كانت HSs 1 إلى 2 ٪ فقط بين الأنواع (الشكل 11 أ). ومع ذلك ، فإن 40٪ من B6-Prdm9 KO / KO يتوافق النظام المنسق مع 37 ٪ من SHR-Prdm9 KO / KO HSs (الشكل 11 أ). لذلك ، كانت خرائط بدء إعادة التركيب متشابهة في نوعين من القوارض التي تعاني من نقص PRDM9. هذا مشابه للأنواع المختلفة في العصافير والخميرة الناشئة التي تفتقر بشكل طبيعي Prdm9 [17, 18].

التداخلات في النقاط الفعالة لبدء إعادة التركيب من Prdm9- القوارض الناقصة أ البرية من نوع و ب العناصر التنظيمية. ج تداخل المروجين مع النقاط الفعالة

بشكل عام ، 36٪ (11،888 من 33،660) من الفئران و 41٪ (12،716 من 30،929) من الفئران Prdm9- HSs المستقلة المترجمة إلى المروجين المستندة إلى الأدلة (المحددة بواسطة Ensembl ، راجع قسم "الطرق") ، على عكس النوع البري HSs من فئران SHR (343 من 19.967 أو 2٪) أو الفئران B6 (900 من 19528 أو 3٪ ). كشف تحليلنا أن 66٪ من الحفظ Prdm9المروجون المتداخلون مع HSs المستقلون ، على عكس 25 ٪ من الفئران الخاصة بالفأر و 18 ٪ من الفئران الخاصة Prdm9- HSs مستقل (الشكل 11 ب). عندما تم تضييق مجموعة المروجين إلى مروجي جينات الترميز ، سقط 27 ٪ (8229 من 30929) من الفئران HSs و 23 ٪ (7687 من 33360) من الفئران ضمن إحداثياتهم.

أظهر التحليل العام لمروّجات جينات الترميز أن 65٪ (14،237 من 21،956) من مروجي الفئران تداخلوا مع 73٪ (14،447 من 19،719) من مروجي الفئران (انظر قسم "الطرق"). ثمانية وستون بالمائة من المحفزات المتداخلة احتوت على HSs في نوع واحد أو كلا النوعين من القوارض ، و 43٪ من المحفزات المحفوظة تداخلت مع النقاط الساخنة المحفوظة (الشكل 11 ج).


تشكيل الجاميت

تبدأ مراجعة قصيرة للانقسام والانقسام الاختزالي وتمايز الخلايا في هذا الدرس الذي ينتقل بسرعة لتوضيح تفاصيل عمليات تكوين الأمشاج وتكوين الحيوانات المنوية. في نشاطين أخيرين ، أجرى الطلاب مقارنات لمعرفة أوجه التشابه والاختلاف بين هاتين العمليتين. ما نوع الخلايا التي يتكون منها الانقسام الاختزالي ، وكم عدد الخلايا الوليدة الموجودة بعد الانقسام الاختزالي ، وكم عدد الكروموسومات الموجودة فيها.

للوصول إلى محتويات هذا الموقع بالكامل ، تحتاج إلى تسجيل الدخول أو الاشتراك فيه.


تكوين الجاميطات (تكوين الحيوانات المنوية وتكوين البويضات)

يحدث التولد الجاموي ، وهو إنتاج الحيوانات المنوية والبويضات ، من خلال عملية الانقسام الاختزالي. أثناء الانقسام الاختزالي ، يفصل قسمان خلويان الكروموسومات المزدوجة في النواة ثم يفصلان الكروماتيدات التي تم تكوينها خلال مرحلة مبكرة من دورة حياة الخلية. ينتج الانقسام الاختزالي خلايا أحادية العدد مع نصف كل زوج من الكروموسومات يوجد عادة في الخلايا ثنائية الصبغيات. يسمى إنتاج الحيوانات المنوية تكوين الحيوانات المنوية ويسمى إنتاج البيض التكوُّن .


أنواع تكوين الجاميطات: تكوين الحيوانات المنوية وتكوين البويضات | مادة الاحياء

تكوين الجاميطات هو عملية تكوين وتمييز الأمشاج أحادية الصيغة الصبغية (الحيوانات المنوية والبويضات) من الخلايا الجرثومية الأولية ثنائية الصبغة ، وتكوين الأمشاج (الحيوانات المنوية والأوجونيا) الموجودة في الأعضاء الجنسية الأولية التي تسمى الغدد التناسلية (الخصيتان في الذكور والمبيضين في الإناث على التوالي).

يتكون تكوين الجامع من نوعين:

أولاً - تكوين الحيوانات المنوية (الشكلان 3.13 ألف و 3.14):

تعريف:

إنه تكوين الأمشاج الذكرية أحادية الصيغة الصبغية ، المجهرية والوظيفية ، الحيوانات المنوية من الخلايا التناسلية ثنائية الصبغيات ، الحيوانات المنوية ، الموجودة في خصي الكائن الحي الذكري.

فترة:

في حيوانات التكاثر الموسمي ، تخضع الخصيتان لدورة الخصية حيث تصبح الخصيتان وأنسجتهما المنوية وظيفتين فقط في موسم التكاثر المحدد. لذلك في بعض الثدييات التي تتكاثر بشكل موسمي مثل الخفافيش وثعالب الماء واللاما ، تتضخم الخصيتان وتصبحان وظيفتين وتنزلان إلى كيس الصفن في موسم التكاثر حيث تصبح أثقل نتيجة لتراكم الحيوانات المنوية ، بينما تصبح منخفضة وغير وظيفية وتصعد إلى البطن في حالات أخرى. مواسم.

ولكن في الذكور والأسد والثور والحصان وما إلى ذلك ، تكمن الخصيتان بشكل دائم في كيس الصفن ويحدث تكوين الحيوانات المنوية على مدار العام.في الذكور البشريين ، تنزل الخصيتان إلى كيس الصفن خلال الشهر السابع من التطور تحت تحفيز FSH من الغدة النخامية.

ولكن في بعض الثدييات على سبيل المثال الفيل ، إيكيدنا ، الدلفين ، الحوت ، الفقمة الخ ، تكمن الخصيتان بشكل دائم في البطن (داخل البطن وخجول) ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود دهن (طبقة دهنية سميكة تحت الجلد). تكون عملية تكوين الحيوانات المنوية عملية مستمرة وتكتمل في حوالي 74 يومًا.

آلية:

تنقسم عملية تكوين الحيوانات المنوية إلى قسمين:

أ.تكوين Spermatid:

وهي مقسمة إلى ثلاث مراحل:

1. المرحلة التكاثرية أو الانقسامية:

وهو ينطوي على التقسيم الانقسامي السريع للخلايا الجرثومية الأولية أو البدائية ثنائية الصبغة ، والتي تسمى الخلايا الغونوسية ، الموجودة في الظهارة الجرثومية للنبيبات المنوية للخصيتين. هذه الخلايا غير متمايزة ولها نواة كبيرة وغنية بالكروماتين.

هذا يشكل عددًا كبيرًا من الخلايا الأم للحيوانات المنوية ثنائية الصبغية ومستديرة تسمى الحيوانات المنوية (Gr. sperma = بذرة ذهب = نسل). يبلغ قطر كل خلية منوية حوالي 12 م ولها نواة بارزة. تعمل بعض الحيوانات المنوية كخلايا جذعية (تسمى النوع A spermatogonia) وتستمر في تقسيم وإضافة خلايا جديدة عن طريق الانقسامات الانقسامية المتكررة ، وبالتالي تكوين سلالة منوية ، ولكن بعض الحيوانات المنوية تتحرك إلى الداخل وتدخل في مرحلة النمو (تسمى النوع B spermatogonia).

يتميز بتكوين الخلايا المنوية حيث يزداد حجم الحيوانات المنوية ثنائية الصبغيات (حوالي مرتين) عن طريق تراكم المواد الغذائية (المشتقة من الخلايا الجرثومية وغير المصنعة) في السيتوبلازم وتكرار الحمض النووي ، وتشكيل خلية منوية أولية ثنائية الصبغيات. المواد الغذائية مشتقة من الخلايا الجرثومية. خلال هذا ، تستعد الخلية المنوية الأولية لدخول الانقسام الاختزالي. تكون فترة نمو الحيوانات المنوية أقصر بكثير من مرحلة تكوين البويضات.

3. مرحلة النضج أو الانتصافي:

يتميز بالانقسام الاختزالي. تخضع الخلية المنوية الأولية ثنائية الصبغة للانقسام الاختزالي الأول (الانقسام الاختزالي أو غير المتجانسة) وتشكل خليتين أحاديتين تسمى الخلايا المنوية الثانوية ، تحتوي كل منهما على 23 كروموسومًا.

يتبعه مباشرة الانقسام الاختزالي الثاني (الانقسام المعادل أو النمط المتماثل) في كل خلية منوية ثانوية لتشكيل نطفيْن منفردَي الصبغيات ، يحتوي كل منهما على 23 كروموسومًا. لذا فإن كل نطفة ثنائية الصبغيات تنتج 4 نطفة أحادية الصيغة الصبغية. ترتبط المراحل المختلفة لتكوين الحيوانات المنوية ببعضها البعض من خلال خيوط السيتوبلازم حتى تكون النطاف عندما تنفصل الأمشاج الناضجة والمترابطة عن بعضها البعض.

تكوين الحيوانات المنوية (الشكل 3.15):

يُطلق على تحول الحيوان المنوي غير المتحرك والمستدير والمتعدد الصبغيات إلى حيوان منوي وظيفي ومتحرك تكوين الحيوانات المنوية أو داء الحيوانات المنوية. الهدف الرئيسي هو زيادة حركة الحيوانات المنوية عن طريق تقليل الوزن وتطوير البنية الحركية.

يتضمن التغييرات التالية:

1. تصبح النواة مكثفة وضيقة ومدببة من الأمام بسبب فقدان مواد مثل RNAs و nucleolus ومعظم البروتينات الحمضية.

2. يشكل جزء من جسم جولجي من النطفة الجسيم ، بينما يسمى الجزء المفقود من جسم جولجي راحة جولجي.

3. تشكل مريكزات المبيد النطفي عنق الحيوان المنوي.

4. المريكز القاصي يؤدي إلى محور عصبي.

5. تشكل الميتوكوندريا حلقة لولبية خلف الرقبة حول المريكز البعيد والجزء القريب من محور عصبي. وهذا ما يسمى nebenkern.

6. يتم فقدان معظم السيتوبلازم ولكن بعض السيتوبلازم تكون غمدًا لذيل الحيوانات المنوية.

تنضج الحيوانات المنوية لتصبح حيوانات منوية في ثنايا عميقة من السيتوبلازم لخلايا سيرتولي (الخلايا الممرضة) التي توفر لها أيضًا الغذاء. يتم إطلاق الحيوانات المنوية الناضجة في تجويف الأنابيب المنوية ، والتي تسمى النطاف. تشكل خصيتا الشاب البالغ حوالي 120 مليون حيوان منوي كل يوم.

التغييرات في السائل المنوي لتكوين الحيوانات المنوية أثناء تكوين الحيوانات المنوية.

هيكل النطاف

تشكل خيوط محورية من ذيل الحيوانات المنوية.

شكل حلزوني من غمد الميتوكوندريا يسمى nebenkem.

خسر بشكل عام ما عدا غمد رقيق يسمى manchette.

مراقبة:

في الذكور البشريين ، يبدأ تكوين الحيوانات المنوية فقط في سن البلوغ بسبب زيادة إفراز الهرمون المطلق لموجهة الغدد التناسلية (GnRH) من منطقة ما تحت المهاد في الدماغ. GnRH يحفز الغدة النخامية لإفراز اثنين من الجونادوتروبين: FSH و ICSH. يحفز ICSH خلايا Leydig & # 8217s من الخصية لإفراز هرمونات الذكورة الجنسية ، والتي تسمى الأندروجينات ، وأهمها هرمون التستوستيرون.

التستوستيرون يحفز تكوين الحيوانات المنوية وخاصة تكوين الحيوانات المنوية. يحفز FSH خلايا Sertoli في الخصية لإفراز بعض العوامل التي تساعد في عملية تكوين الحيوانات المنوية. يطلق عليه التحكم الفسيولوجي.

الأنواع:

في الإنسان وعدد كبير من الحيوانات الأخرى التي لديها آلية XY في الذكور ، هناك نوعان من الحيوانات المنوية: 50٪ Gynosperms بها X-Chromosome و 50 & # 8217X) Androsperms بها Y-Chromosome.

الدلالة:

(أ) ينتج حيوانات منوية أحادية العدد.

(ب) قد يحدث العبور أثناء الانقسام الاختزالي I ، وبالتالي إنتاج الاختلافات.

(ج) يثبت العلاقة التطورية.

II. تكوين البويضات (الشكل 3.13 ب):

تعريف:

وهو ينطوي على تكوين أمشاج أنثوية أحادية الصيغة الصبغية تسمى البويضات ، من خلايا أم البويضة ثنائية الصبغة ، أووجونيا ، من مبيض الكائن الأنثوي. يتضمن عمليتين بيولوجيتين: البرمجة والتعبئة الجينية.

فترة:

تختلف فترة تكوين البويضات باختلاف الحيوانات. في الأنثى البشرية ، هناك حوالي 1700 خلية جرثومية أولية في الغدد التناسلية الأنثوية غير المتمايزة في شهر واحد من نمو الجنين. تتكاثر هذه لتشكل حوالي 600000 أووجونيا في شهرين من فترة الحمل وبحلول الشهر الخامس ، تحتوي المبايض على أكثر من 7 ملايين أووجونيا ومع ذلك ، يخضع الكثير منها لرتق (تنكس الخلايا الجرثومية) قبل الولادة. في وقت الولادة ، كان هناك مليوني بصيلة أولية ، لكن 50٪ منها هي أتريتية.

يستمر الرتق وفي وقت البلوغ يحتوي كل مبيض فقط على 60.000-80.000 بصيلة أولية. تكتمل عملية تكوين البويضات فقط بعد بداية سن البلوغ ويتم تحفيز واحد فقط من أصل 500 بواسطة FSH لتنضج. لذا فإن عملية تكوين البويضات هي عملية متقطعة ومضيعة.

آلية:

مثل تكوين الحيوانات المنوية ، تتكون البويضات من ثلاث مراحل:

1. المرحلة المضاعفة:

في هذه الخلايا الجرثومية الأولية (الأكبر حجمًا وذات النوى الكبيرة) من الظهارة الجرثومية للمبيض تخضع لانقسامات انقسامية سريعة لتشكيل مجموعات من الخلايا الأم ثنائية الصبغيات ، أووجونيا. كل مجموعة هي في البداية وتر وتسمى أنبوب البيض من pfluger الذي يشكل فيما بعد كتلة مستديرة ، عش البيض (الشكل 3.13 ب).

تكون فترة نمو البويضات طويلة جدًا مقارنة بمرحلة تكوين الحيوانات المنوية ، على سبيل المثال ، ثلاثة أيام فقط في ذبابة الفاكهة ، و6-14 يومًا في الدجاجة ، و 3 سنوات في الضفادع ، وسنوات عديدة (12-13 عامًا) في أنثى الإنسان. أثناء مرحلة النمو ، يتحول أحد الأوغونيوم من عش البيض إلى بويضة أولية ثنائية الصبغيات بينما تشكل الأوجونيا الأخرى في عش البيض طبقة ظهارة مغذية أحادية الطبقة حولها.

يسمى الهيكل الذي تم تشكيله بالجريب الأولي. في وقت لاحق ، يتم إحاطة كل جريب أولي بمزيد من طبقات الخلايا الحبيبية وتتحول إلى جريب ثانوي. سرعان ما يطور الجريب الثانوي تجويفًا مملوءًا بالسوائل يسمى غار ، ويسمى الجريب الثالث. يتغير أكثر لتشكيل جريب Graafian. لذلك لا تتطور كل الأوجونيا بشكل أكبر.

مرحلة النمو تتضمن:

(أ) زيادة حجم البويضة (2000 مرة في الضفدع 43 مرة في الفأر 90.000 مرة في ذبابة الفاكهة 200 مرة في الدجاجة وحوالي 200 مرة في الإناث البشرية) عن طريق تكوين وتراكم الصفار بواسطة سحابة ميتوكوندريا خاصة قريبة إلى نواة وتسمى نواة صفار البيض.

(ب) تصبح النواة منتفخة بالبلازم النووي وتسمى الحويصلة الجرثومية.

(ج) يفرز غشاء محي رفيع حول البويضة.

(د) زيادة عدد الميتوكوندريا وكمية ER وجسم Golgi.

(هـ) تكوين كروموسومات المصباح في الأسماك والبرمائيات والزواحف والطيور والحشرات وما إلى ذلك من أجل تخليق صفار سريع.

(و) التضخيم الجيني أو التكرار في جينات r-RNA من أجل التوليف السريع لـ r-RNA.

يتميز بالانقسام الاختزالي. في هذا ، تخضع البويضة الأولية ثنائية الصبغة والمزروعة بالكامل للانقسام الاختزالي I (الانقسام الاختزالي) لتشكيل خليتين فرديتين غير متساويتين. تسمى الخلية الأصغر بالجسم القطبي الأول (Polocyte) وتحتوي على كمية صغيرة جدًا من السيتوبلازم. تسمى الخلية الأكبر بالبويضات الثانوية وتحتوي على الجزء الأكبر من السيتوبلازم الغني بالمغذيات. كلاهما أحادي الصبغيات ولكل منهما 23 كروموسومًا.

تخضع البويضة الثانوية للانقسام الاختزالي الثاني (الانقسام المعادل) لتشكيل خليتين أحاديتين غير متساويتين. تسمى الخلية الأصغر بالجسم القطبي الثاني ولديها القليل جدًا من السيتوبلازم ، بينما تسمى الخلية الأكبر ootid. يحتوي على السيتوبلازم بالكامل تقريبًا ويتمايز إلى بويضة. في غضون ذلك ، قد ينقسم الجسم القطبي الأول إلى قسمين.

لذلك في تكوين البويضات ، يشكل الأوغونيوم ثنائي الصبغة بويضة أحادية العدد واثنين أو ثلاثة أجسام قطبية بينما في تكوين الحيوانات المنوية ، تشكل الحيوانات المنوية ثنائية الصبغيات أربعة حيوانات منوية أحادية الصيغة الصبغية. تتمثل الوظيفة الأساسية لتكوين الأجسام القطبية في إحضار الصبغيات الفردية ولكن الاحتفاظ بكامل السيتوبلازم في بويضة واحدة لتوفير الغذاء أثناء تطور الزيجوت لتكوين جنين. ينخفض ​​عدد البويضات مع قدرة الأنثى على حملها وتربيتها.

في معظم الكائنات الحية بما في ذلك الإناث البشرية ، تحدث الإباضة في مرحلة البويضات الثانوية التي اكتمل فيها الانقسام الاختزالي الأول وتم إطلاق أول جسم قطبي. اكتمل الانقسام الاختزالي الثاني فقط في وقت دخول الحيوانات المنوية.


228 تشريح التكاثر البشري وتكوين الأجنة

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • وصف تشريح الإنسان التناسلي للذكور والإناث
  • ناقش الاستجابة الجنسية للإنسان
  • وصف تكوين الحيوانات المنوية وتكوين البويضات ومناقشة الاختلافات والتشابهات بينهما

عندما أصبحت الحيوانات أكثر تعقيدًا ، تم تطوير أعضاء وأنظمة أعضاء محددة لدعم وظائف محددة للكائن الحي. تسمح الهياكل التناسلية التي تطورت في الحيوانات البرية للذكور والإناث بالتزاوج والتخصيب داخليًا ودعم نمو النسل وتطوره.

تشريح التكاثر البشري

تتطور الأنسجة التناسلية للبشر من الذكور والإناث بشكل مماثل في الرحم حتى يتم إطلاق مستوى منخفض من هرمون التستوستيرون من الغدد التناسلية الذكرية. يتسبب التستوستيرون في تمايز الأنسجة غير المطورة إلى الأعضاء التناسلية الذكرية. عندما يغيب هرمون التستوستيرون ، تتطور الأنسجة إلى أنسجة جنسية أنثوية. تصبح الغدد التناسلية البدائية الخصيتين أو المبايض. الأنسجة التي تفرز القضيب عند الذكور تنتج البظر عند الإناث. يصبح النسيج الذي سيصبح كيس الصفن عند الذكر الشفرين عند الأنثى ، وهما هياكل متجانسة.

التشريح التناسلي للذكور

في الجهاز التناسلي الذكري ، يحتوي كيس الصفن على الخصيتين أو الخصيتين (المفرد: الخصية) ، بما في ذلك توفير ممر للأوعية الدموية والأعصاب والعضلات المتعلقة بوظيفة الخصية. الخصيتان هما زوج من الأعضاء التناسلية الذكرية التي تنتج الحيوانات المنوية وبعض الهرمونات التناسلية. يبلغ حجم كل خصية 2.5 × 3.8 سم (1.5 × 1 بوصة) تقريبًا وتنقسم إلى فصيصات على شكل إسفين بواسطة نسيج ضام يسمى الحاجز. ملفوف في كل إسفين عبارة عن أنابيب منوية تنتج الحيوانات المنوية.

تكون الحيوانات المنوية ثابتة في درجة حرارة الجسم ، وبالتالي فإن كيس الصفن والقضيب خارج الجسم ، كما هو موضح في (الشكل) بحيث يتم الحفاظ على درجة حرارة مناسبة للحركة. في الثدييات البرية ، يجب تعليق الخصيتين خارج الجسم عند حوالي 2 درجة مئوية أقل من درجة حرارة الجسم لإنتاج حيوانات منوية قابلة للحياة. يمكن أن يحدث العقم في الثدييات البرية عندما لا تنزل الخصيتان عبر تجويف البطن أثناء نمو الجنين.


أي العبارات التالية خاطئة عن الجهاز التناسلي الذكري؟

  1. يحمل الأسهر الحيوانات المنوية من الخصيتين إلى القضيب.
  2. تنضج الحيوانات المنوية في الأنابيب المنوية في الخصيتين.
  3. تنتج كل من البروستاتا والغدد البصلية الإحليلية مكونات السائل المنوي.
  4. تقع غدة البروستاتا في الخصيتين.

تنضج الحيوانات المنوية في الأنابيب المنوية الملتفة داخل الخصيتين كما هو موضح في (الشكل). تتكون جدران الأنابيب المنوية من خلايا الحيوانات المنوية النامية ، مع وجود الحيوانات المنوية الأقل تطورًا في محيط النُبيب والحيوانات المنوية المتطورة بالكامل في التجويف. يتم خلط خلايا الحيوانات المنوية بخلايا "الخادمة" تسمى خلايا سيرتولي والتي تحمي الخلايا الجرثومية وتعزز نموها. الخلايا الأخرى المختلطة في جدار الأنابيب هي الخلايا الخلالية لـ Leydig. تنتج هذه الخلايا مستويات عالية من هرمون التستوستيرون بمجرد بلوغ الذكر سن المراهقة.

عندما تكون الحيوانات المنوية قد طورت سوطًا وتقترب من النضج ، فإنها تترك الخصيتين وتدخل البربخ ، كما هو موضح في (الشكل). تشبه هذه البنية الفاصلة وتقع على طول الجزء العلوي والخلفي من الخصيتين وهي موقع نضج الحيوانات المنوية. تخرج الحيوانات المنوية من البربخ وتدخل الأسهر (أو القناة المؤجلة) التي تحمل الحيوانات المنوية خلف المثانة وتشكل قناة القذف مع القناة من الحويصلات المنوية. أثناء قطع القناة الدافقة ، يُزال جزء من الأسهر ، مما يمنع الحيوانات المنوية من الخروج من الجسم أثناء القذف ويمنع الإخصاب.

السائل المنوي عبارة عن مزيج من الحيوانات المنوية وإفرازات القنوات المنوية (حوالي 10 بالمائة من الإجمالي) والسوائل من الغدد الإضافية التي تساهم في معظم حجم السائل المنوي. الحيوانات المنوية هي خلايا أحادية العدد ، تتكون من سوط كذيل وعنق يحتوي على الميتوكوندريا المنتجة للطاقة في الخلية ورأس يحتوي على المادة الوراثية. يوضح (الشكل) صورة مجهرية للحيوانات المنوية البشرية بالإضافة إلى رسم تخطيطي لأجزاء الحيوانات المنوية. تم العثور على أكروسوم في الجزء العلوي من رأس الحيوانات المنوية. تحتوي هذه التركيبة على إنزيمات الليزوزومات التي يمكنها هضم الأغطية الواقية التي تحيط بالبويضة لمساعدة الحيوانات المنوية على اختراق البويضة وتخصيبها. يحتوي السائل المنوي على 2-5 ملليلتر من السوائل مع 50-120 مليون حيوان منوي لكل ملليلتر.


يأتي الجزء الأكبر من السائل المنوي من الغدد الإضافية المرتبطة بالجهاز التناسلي الذكري. هذه هي الحويصلات المنوية ، وغدة البروستاتا ، والغدة البصلية الإحليلية ، وكلها موضحة في (الشكل). الحويصلات المنوية عبارة عن زوج من الغدد التي تقع على طول الحد الخلفي للمثانة البولية. تصنع الغدد محلولًا سميكًا ومصفرًا وقلويًا. نظرًا لأن الحيوانات المنوية تتحرك فقط في بيئة قلوية ، فإن الرقم الهيدروجيني الأساسي مهم لعكس حموضة البيئة المهبلية. يحتوي المحلول أيضًا على المخاط والفركتوز (أحد المغذيات الميتوكوندريا للحيوانات المنوية) وإنزيم التخثر وحمض الأسكوربيك وهرمونات محلية المفعول تسمى البروستاجلاندين. تشكل الغدد الحويصلة المنوية 60 في المائة من الجزء الأكبر من السائل المنوي.

القضيب ، كما هو موضح في (الشكل) ، هو عضو يصرف البول من المثانة الكلوية ويعمل كعضو تناسلي أثناء الجماع. يحتوي القضيب على ثلاثة أنابيب من أنسجة الانتصاب تمر عبر طول العضو. تتكون هذه من زوج من الأنابيب على الجانب الظهري ، يسمى الجسم الكهفي ، وأنبوب واحد من الأنسجة على الجانب البطني ، يسمى الجسم الإسفنجي. سيصبح هذا النسيج محتقناً بالدم ويصبح منتصباً وقاسياً استعداداً للجماع. يتم إدخال العضو في المهبل ويبلغ القذف ذروته. أثناء الجماع ، تغلق العضلة العاصرة في فتحة المثانة الكلوية وتمنع البول من دخول القضيب. النشوة هي عملية من مرحلتين: أولاً ، تنقبض الغدد والأعضاء الملحقة بالخصيتين ، ثم يتم طرد السائل المنوي (الذي يحتوي على الحيوانات المنوية) من خلال مجرى البول أثناء القذف. بعد الجماع ، يستنزف الدم من أنسجة الانتصاب ويصبح القضيب مترهلًا.

تحيط غدة البروستاتا التي تأخذ شكل الجوز بالإحليل ، وهي الوصلة إلى المثانة البولية. يحتوي على سلسلة من القنوات القصيرة التي تتصل مباشرة بالإحليل. الغدة عبارة عن مزيج من العضلات الملساء والأنسجة الغدية. توفر العضلات الكثير من القوة اللازمة لحدوث القذف. يصنع النسيج الغدي سائلًا حليبيًا رقيقًا يحتوي على السترات (مادة مغذية) والإنزيمات ومستضد البروستات المحدد (PSA). PSA هو إنزيم محلل للبروتين يساعد على تسييل السائل المنوي بعد عدة دقائق من إطلاقه من الذكر. تشكل إفرازات غدة البروستات حوالي 30 بالمائة من الجزء الأكبر من السائل المنوي.

تفرز الغدة البصلية الإحليلية ، أو غدة كاوبر ، إفرازها قبل إطلاق الجزء الأكبر من السائل المنوي. يحيد أي بقايا حمضية في مجرى البول من مخلفات البول. عادةً ما يمثل هذا بضع قطرات من السائل في إجمالي السائل المنوي وقد يحتوي على عدد قليل من الحيوانات المنوية. قد لا ينجح سحب القضيب من المهبل قبل القذف لمنع الحمل إذا كانت الحيوانات المنوية موجودة في إفرازات الغدة البصلية الإحليلية. يتم تلخيص موقع ووظائف الأعضاء التناسلية الذكرية في (الشكل).

التشريح التناسلي للذكور
عضو موقع وظيفة
كيس الخصيتين خارجي حمل ودعم الخصيتين
قضيب خارجي توصيل البول وعضو الجماع
الخصيتين داخلي إنتاج الحيوانات المنوية والهرمونات الذكرية
الحويصلات المنوية داخلي المساهمة في إنتاج السائل المنوي
غدة البروستات داخلي المساهمة في إنتاج السائل المنوي
الغدد البصلية الإحليلية داخلي تنظيف مجرى البول عند القذف

تشريح التكاثر الأنثوي

يوجد عدد من الهياكل التناسلية خارج جسد الأنثى. يشمل ذلك الثديين والفرج ، اللذين يتألفان من مونس العانة ، والبظر ، والشفرين الكبيرين ، والشفرين الصغيرين ، والغدد الدهليزية ، وكلها موضحة في (الشكل). يتم تلخيص موقع ووظائف الأعضاء التناسلية الأنثوية في (الشكل). الفرج هو منطقة مرتبطة بالدهليز والتي تشمل الهياكل الموجودة في منطقة الأربية (الفخذ) عند النساء. مونس العانة هي منطقة دائرية دهنية تغطي الارتفاق العاني. البظر هو بنية ذات نسيج انتصاب يحتوي على عدد كبير من الأعصاب الحسية ويعمل كمصدر للتحفيز أثناء الجماع. الشفرين الكبيرين عبارة عن زوج من الطيات الطويلة من الأنسجة التي تمتد من الجزء الخلفي من العانة وتحيط بالمكونات الأخرى للفرج. الشفرين الكبيرين مشتق من نفس النسيج الذي ينتج كيس الصفن في الذكر. الشفرين الصغيرين عبارة عن طيات رفيعة من الأنسجة تقع في وسط الشفرين الكبيرين. تحمي هذه الشفرين فتحات المهبل والإحليل. يصبح جزء العانة والجزء الأمامي من الشفرين الكبيرين مغطاة بالشعر خلال فترة المراهقة ، ويكون الشفرين الصغيرين خاليين من الشعر. تم العثور على أكبر الغدد الدهليزي على جانبي فتحة المهبل وتوفر التزليق أثناء الجماع.


تشريح التكاثر الأنثوي
عضو موقع وظيفة
بظر خارجي الجهاز الحسي
مونس العانة خارجي المنطقة الدهنية التي تعلو عظم العانة
الشفرين الكبيرين خارجي يغطي الشفرين الصغيرين
الشفرين الصغيرين خارجي يغطي الدهليز
أكبر الغدد الدهليزية خارجي يفرز المخاط تليين المهبل
الصدور خارجي إنتاج الحليب وتوزيعه
المبايض داخلي احمل البيض وقم بتطويره
قنوات البويضات (قناتي فالوب) داخلي نقل البويضة إلى الرحم
رحم داخلي دعم نمو الجنين
المهبل داخلي أنبوب مشترك للجماع وقناة الولادة ويمر تدفق الطمث

يتكون الثديان من غدد ثديية ودهون. يتم تحديد حجم الثدي من خلال كمية الدهون المتراكمة خلف الغدة. تتكون كل غدة من 15 إلى 25 فصًا لها قنوات تفرغ عند الحلمة وتزود الطفل الرضيع بالحليب الغني بالمغذيات والأجسام المضادة للمساعدة في نمو الطفل وحمايته.

تشمل الهياكل التناسلية الداخلية للإناث المبيض وقناة البيض والرحم والمهبل ، كما هو موضح في (الشكل). يتم تثبيت زوج المبيضين في مكانه في التجويف البطني بواسطة نظام من الأربطة. يتكون المبيض من لب وقشرة: يحتوي اللب على أعصاب وأوعية دموية لتزويد القشرة بالمغذيات وإزالة الفضلات. الطبقات الخارجية لخلايا القشرة هي الأجزاء الوظيفية للمبيض. تتكون القشرة من خلايا جرابية تحيط بالبيض وتتطور أثناء نمو الجنين في الرحم. خلال فترة الحيض ، تتطور مجموعة من الخلايا الحويصلية وتحضر البويضات للإفراز. عند الإباضة ، يتمزق جريب واحد ويتم إطلاق بويضة واحدة ، كما هو موضح في (الشكل)أ.


تمتد قنوات البويضات ، أو قناتي فالوب ، من الرحم في تجويف البطن السفلي إلى المبيضين ، لكنها لا تتلامس مع المبايض. تتوهج الأطراف الجانبية لقنوات البيض إلى بنية تشبه البوق ولها هامش من الإسقاطات الشبيهة بالإصبع تسمى fimbriae ، موضحة في (الشكل)ب. عندما يتم إطلاق البويضة عند الإباضة ، فإن الخميرة تساعد البويضة غير المتحركة على الدخول في الأنبوب والمرور إلى الرحم. جدران قنوات البيض مهدبة وتتكون في الغالب من عضلات ملساء. تنبض الأهداب باتجاه الوسط ، وتنقبض العضلة الملساء في نفس الاتجاه ، وتحرك البويضة نحو الرحم. يحدث الإخصاب عادة داخل قناة البيض ويتحرك الجنين النامي باتجاه الرحم من أجل النمو. عادة ما تستغرق البويضة أو الجنين أسبوعًا للتنقل عبر قناة البيض. يُطلق على التعقيم عند النساء ربط البوق وهو مشابه لاستئصال الأسهر عند الذكور من حيث أن قنوات البيض مقطوعة ومختومة.

الرحم هو هيكل بحجم قبضة المرأة. هذا مبطن ببطانة الرحم الغنية بالأوعية الدموية والغدد المخاطية. يدعم الرحم نمو الجنين والجنين أثناء الحمل. يتكون الجزء السميك من جدار الرحم من العضلات الملساء. تساعد تقلصات العضلات الملساء في الرحم على تمرير الطفل عبر المهبل أثناء المخاض. ينسلخ جزء من بطانة الرحم خلال كل دورة شهرية ، ثم يتراكم مرة أخرى استعدادًا لعملية الزرع. جزء من الرحم يسمى عنق الرحم يبرز في الجزء العلوي من المهبل. يعمل عنق الرحم كقناة الولادة.

المهبل عبارة عن أنبوب عضلي يخدم عدة أغراض. يسمح بتدفق الدورة الشهرية لمغادرة الجسم. وهي وعاء للقضيب أثناء الجماع ووعاء لتوليد النسل. وهي مبطنة بخلايا طلائية حرشفية طبقية لحماية النسيج الأساسي.

الاستجابة الجنسية أثناء الجماع

الاستجابة الجنسية عند البشر نفسية وفسيولوجية. يعاني كلا الجنسين من الإثارة الجنسية من خلال التحفيز النفسي والجسدي. هناك أربع مراحل للاستجابة الجنسية. خلال المرحلة الأولى ، التي تسمى الإثارة ، يؤدي توسع الأوعية إلى احتقان الأوعية في أنسجة الانتصاب لدى كل من الرجال والنساء. تمتلئ الحلمات والبظر والشفرين والقضيب بالدم وتتضخم. يتم إفراز الإفرازات المهبلية لتليين المهبل لتسهيل الجماع. خلال المرحلة الثانية ، التي تسمى الهضبة ، يستمر التحفيز ، ويتضخم الثلث الخارجي من جدار المهبل بالدم ، ويزيد التنفس ومعدل ضربات القلب.

خلال المرحلة الثالثة ، أو النشوة الجنسية ، تحدث تقلصات عضلية إيقاعية لا إرادية في كلا الجنسين. في الذكور ، تنقبض الغدد والأنابيب الملحقة التناسلية في وضع السائل المنوي في مجرى البول ، ثم ينقبض مجرى البول ويخرج السائل المنوي عبر القضيب. عند النساء ، تنقبض عضلات الرحم والمهبل في موجات قد تستمر أقل بقليل من ثانية لكل منهما. خلال المرحلة الرابعة ، أو الحل ، تنعكس العمليات الموصوفة في المراحل الثلاث الأولى من تلقاء نفسها وتعود إلى حالتها الطبيعية. يعاني الرجال من فترة مقاومة لا يستطيعون خلالها الحفاظ على الانتصاب أو القذف لفترة زمنية تتراوح من دقائق إلى ساعات.

تكوين الجاميطات (تكوين الحيوانات المنوية وتكوين البويضات)

يحدث التولد الجاموي ، وهو إنتاج الحيوانات المنوية والبويضات ، من خلال عملية الانقسام الاختزالي. أثناء الانقسام الاختزالي ، يفصل قسمان خلويان الكروموسومات المزدوجة في النواة ثم يفصلان الكروماتيدات التي تم تكوينها خلال مرحلة مبكرة من دورة حياة الخلية. ينتج الانقسام الاختزالي خلايا أحادية العدد مع نصف كل زوج من الكروموسومات يوجد عادة في الخلايا ثنائية الصبغيات. يسمى إنتاج الحيوانات المنوية تكوين الحيوانات المنوية وإنتاج البويضات يسمى تكوين البويضات.

تكوين الحيوانات المنوية


يحدث تكوين الحيوانات المنوية ، كما هو موضح في (الشكل) ، في جدار الأنابيب المنوية ((الشكل)) ، مع وجود الخلايا الجذعية في محيط الأنبوب والحيوانات المنوية عند تجويف الأنبوب. توجد خلايا ثنائية الصبغة غير متمايزة أسفل كبسولة النبيب مباشرة. هذه الخلايا الجذعية ، التي تسمى spermatogonia (المفرد: spermatagonium) ، تمر عبر الانقسام الفتيلي مع نسل واحد يتمايز إلى خلية منوية والآخر يؤدي إلى الجيل التالي من الحيوانات المنوية.

يبدأ الانقسام الاختزالي بخلية تسمى الخلية المنوية الأولية. في نهاية الانقسام الانتصافي الأول ، يتم إنتاج خلية أحادية الصيغة الصبغية تسمى خلية منوية ثانوية. هذه الخلية أحادية العدد ويجب أن تمر عبر انقسام خلية انتصافي آخر. تسمى الخلية التي يتم إنتاجها في نهاية الانقسام الاختزالي بـ spermatid وعندما تصل إلى تجويف النبيبات وتنمو سوطًا ، تُسمى خلية الحيوانات المنوية. تنتج أربعة حيوانات منوية من كل خلية منوية أولية تمر عبر الانقسام الاختزالي.

تترسب الخلايا الجذعية أثناء الحمل وتكون موجودة عند الولادة وحتى بداية المراهقة ، ولكن في حالة غير نشطة. خلال فترة المراهقة ، تتسبب هرمونات موجهة الغدد التناسلية من الغدة النخامية الأمامية في تنشيط هذه الخلايا وإنتاج حيوانات منوية قابلة للحياة. يستمر هذا حتى الشيخوخة.

قم بزيارة هذا الموقع لمعرفة عملية تكوين الحيوانات المنوية.

تكوّن البويضات

يحدث تكوّن البويضات ، كما هو موضح في (الشكل) ، في الطبقات الخارجية من المبايض. كما هو الحال مع إنتاج الحيوانات المنوية ، يبدأ تكوين البويضات بخلية جرثومية تسمى أووجونيوم (جمع: أووجونيا) ، لكن هذه الخلية تخضع للانقسام الفتيلي لزيادة عددها ، مما يؤدي في النهاية إلى ما يصل إلى حوالي مليون إلى مليوني خلية في الجنين.


تسمى الخلية التي تبدأ بالانقسام الاختزالي بالبويضة الأولية ، كما هو موضح في (الشكل). ستبدأ هذه الخلية الانقسام الانتصافي الأول ويتم إيقافها أثناء تقدمها في مرحلة الطور الأول. في وقت الولادة ، كانت جميع بيض المستقبل في مرحلة الطور. في مرحلة المراهقة ، تسبب هرمونات الغدة النخامية الأمامية نمو عدد من البصيلات في المبيض. ينتج عن هذا أن البويضة الأولية تنهي القسم الأول من الانتصافي. تنقسم الخلية بشكل غير متساوٍ ، حيث تذهب معظم المواد الخلوية والعضيات إلى خلية واحدة ، تسمى البويضة الثانوية ، ومجموعة واحدة فقط من الكروموسومات وكمية صغيرة من السيتوبلازم تذهب إلى الخلية الأخرى. تسمى هذه الخلية الثانية بالجسم القطبي وعادة ما تموت. يحدث توقف انتصافي ثانوي ، هذه المرة في مرحلة الطور الثاني. عند الإباضة ، يتم إطلاق هذه البويضة الثانوية وتنتقل باتجاه الرحم عبر قناة البيض. إذا تم إخصاب البويضة الثانوية ، تستمر الخلية خلال الانقسام الاختزالي II ، مما ينتج جسمًا قطبيًا ثانيًا وبويضة مخصبة تحتوي على جميع الكروموسومات البالغ عددها 46 للإنسان ، نصفها يأتي من الحيوانات المنوية.

يبدأ إنتاج البويضات قبل الولادة ، ويتم إيقافها أثناء الانقسام الاختزالي حتى سن البلوغ ، ثم تستمر الخلايا الفردية في كل دورة شهرية. يتم إنتاج بيضة واحدة من كل عملية انتصافية ، مع دخول الكروموسومات والكروماتيدات الزائدة إلى الأجسام القطبية التي تتدهور ويعيد الجسم امتصاصها.

ملخص القسم

عندما أصبحت الحيوانات أكثر تعقيدًا ، تم تطوير أعضاء وأنظمة أعضاء محددة لدعم وظائف محددة للكائن الحي. تسمح الهياكل التناسلية التي تطورت في الحيوانات البرية للذكور والإناث بالتزاوج والتخصيب داخليًا ودعم نمو النسل وتطوره. تم تطوير العمليات لإنتاج الخلايا التناسلية التي تحتوي بالضبط على نصف عدد الكروموسومات لكل من الوالدين بحيث تحتوي التوليفات الجديدة على الكمية المناسبة من المادة الوراثية. يتم تكوين الجاميطات ، وهو إنتاج الحيوانات المنوية (تكوين الحيوانات المنوية) والبويضات (تكوين البويضات) ، من خلال عملية الانقسام الاختزالي.

(شكل) أي العبارات التالية خاطئة عن الجهاز التناسلي الذكري؟


شاهد الفيديو: الانقسام الاختزالي meiosis شرح بالعربية فيديو توضيحي (قد 2022).


تعليقات:

  1. Aryeh

    وليس بعيدا بلا حدود :)

  2. Hamlett

    أنت وسيم. كان من الجيد التحدث معك افتراضيا. سأشتاق إلك. بالضبط.

  3. Stevon

    انت على حق تماما. في هذا الشيء يعجبني هذه الفكرة ، أتفق معك تمامًا.

  4. Gersham

    لفترة طويلة لم أكن هنا.



اكتب رسالة