收稿日期：2014-07-14
*通信作者：E-mail: mfliu@https://www.doczj.com/doc/7310693087.html,
PIWI/piRNA “机器”与雄性生殖细胞发育
戴 鹏，苟兰涛，刘默芳*
(中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所，分子生物学国家重点实验室，
上海市分子男科学重点实验室，上海 200031)
摘要：PIWI (P-element-induced wimpy testis )蛋白在动物生殖系细胞中特异性表达，为动物生殖细胞发育分化所必需。piRNA (PIWI-interacting RNAs )是最近在动物生殖系细胞中发现的一类非编码小分子RNA ，这类小RNA 特异性地与PIWI 家族蛋白相互作用。
PIWI/piRNA “机器”通过沉默转座元件和调控编码mRNA 等方式在动物生殖细胞发育分化过程中发挥重要作用。本文围绕PIWI/piRNA “机器”的生物学功能及分子机制，对近期取得的相关研究进展进行了系统性总结。关键词：PIWI ；piRNA ；转座元件；精子发生
PIWI/piRNA machinery in spermatogenesis
DAI Peng, GOU Lantao, LIU Mofang *
(State Key Laboratory of Molecular Biology, Shanghai Key Laboratory of Molecular Andrology, Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China)
Abstract: PIWI proteins are specifically expressed in animal germ cells, and have been well demonstrated to be essential for germline development and gametogenesis. Recently, PIWI-interacting RNAs (piRNAs), a novel class of germ-cell-specific small noncoding RNAs, have been found associated with PIWI proteins. PIWI/piRNA machinery silence transposable elements and regulate the expression levels of mRNAs during
刘默芳，女，博士，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研究员，博士生导师。2000年在中科院上海生化所获博士学位。2000年至2006年分别在美国国家健康研究院国立癌症研究所(NIH/NCI )、约翰霍浦金斯医学院从事博士后研究、研究助理工作。2006年起在中科院生化与细胞所工作。获得2013年度国家杰出青年科学基金和2006年度上海市“浦江人才计划”等支持。
刘默芳研究组从事非编码RNA 功能机制研究，主要围绕piRNA 与哺乳动物精子发生、microRNA 与人类癌症等开展较系统的探索。近期工作先后发现
小鼠piRNA 及其结合蛋白MIWI 在后期精子细胞中协同降解的调控机制(Dev Cell 2013)、小鼠粗线期piRNA 指导父本mRNA 在精子形成后期大规模降解
(Cell Res 2014)；同时还发现microRNA 在炎症相关肿瘤发生中具有极其重要的调控作用，是联系炎症-癌症的新介质因子(Cancer Res 2014；Cell Res 2014；EMBO J 2012；Cell Res 2012；Cancer Res 2010)。这些原创性研究成果揭示了小分子非编码RNA 的生理和病理功能机制, 可为男性不育症及肿瘤等疾病的诊治研究提供理论依据和相关基础。
戴鹏, 等. PIWI/piRNA“机器”与雄性生殖细胞发育· 457 ·
PIWI(P-element-induced wimpy testis)蛋白是Argonaute蛋白家族亚家族成员，特异性地在动物生殖系细胞中表达，为动物生殖细胞发育分化所必需。piRNA是最近在动物生殖系细胞中发现的一类非编码小分子RNA，因它们特异性地与PIWI 家族蛋白相互作用，所以被称为PIWI相互作用RNA(PIWI-interacting RNA)，简称piRNA。piRNA 起源于基因组中的反转座子、重复序列及其它被称为piRNA簇的区域，推测piRNA可能主要通过在表观遗传水平和转录后水平沉默转座子、反转座子等基因组移动遗传元件，维持生殖细胞自身基因组的稳定性和完整性，在配子形成过程中发挥重要作用。目前，领域内对PIWI蛋白及piRNA的作用通路及功能已有越来越多的认识，但仍有许多科学问题还未被解答。
1 PIWI 蛋白
Argonaute蛋白家族可分为AGO和PIWI两个亚家族成员，它们在物种间高度保守，并在小分子非编码RNA调控途径中发挥核心作用。其中AGO 蛋白质成员特异性地与小分子干扰RNA(small in-terfering RNA, siRNA) 和microRNA(miRNA)结合，在多种组织器官中发挥重要功能[1]。而PIWI蛋白质特异性地在动物生殖系细胞中表达，特异性地结合piRNA，在动物生殖细胞发育和配子生成过程中发挥多种重要功能[2-6]。
Argonaute家族蛋白质含有保守的PAZ(P iwi Ar-gonaut and Z wille)结构域和PIWI结构域。结构及生化研究表明，AGO/PIWI蛋白质通过PAZ结构域与小分子RNA的3′末端结合，而PIWI结构域及MID结构域(the middle domain)结合RNA分子的5′末端[7-12]。PIWI结构域含有RNase H的催化结构域，一部分Argonaute 成员具有核酸内切酶活性，可在对应于向导小RNA分子第10位与11位碱基之间切割靶RNA链[13-16]。
piwi是进化上非常保守的一类基因[17]，最早在果蝇中被发现，对果蝇生殖干细胞的自我更新和维持是必需的[18]。随后，研究人员通过功能缺失突变实验发现，piwi基因缺失也导致线虫、斑马鱼及小鼠等模式生物生殖细胞发育受阻[19]。这些研究表明，PIWI蛋白主要在动物生殖细胞中表达，其功能与生殖事件相关。
在小鼠中，PIWI蛋白家族包括三个成员：MIWI2、MILI和MIWI，它们在小鼠雄性生殖细胞的发育分化过程中呈现高度时空特异性表达。MIWI2 从胚胎期15.5 d开始出现，持续表达至出生后3 d。miwi2的缺失突变导致生精细胞发育停滞在第一次减数分裂的细线期，并伴有精原细胞的大量凋亡、DNA双链断裂及DNA甲基化水平降低所致的转座元件表达升高[20,21]。此外，支持细胞中也能检测到MIWI2的表达，但其对于生殖细胞的功能并非必需[20]。MILI从胚胎期12.5 d的原始生殖细胞中开始表达，并持续到减数分裂前后，到球形精子细胞阶段结束。mili基因的缺失突变导致生精细胞发育停滞在第一次减数分裂的偶线期或者早粗线期[22,23]。MIWI在出生后14 d的睾丸组织中检测到，在粗线期精母细胞高表达，并持续到减数分裂后的球形精子细胞中，在延长形精子细胞和长形精子细胞中逐渐减少，在成熟精子中完全消失；miwi缺失突变造成小鼠精子形成阻断在球形精子细胞发育的早期阶段，与调控精子发生的关键因子—CREM(cAMP-responsive element modula-tor)的缺失突变小鼠的表型相类似[24]。
2 生殖细胞中的piRNA
2006年，四个独立的研究小组几乎同时在果蝇、小鼠、大鼠和人等物种生殖系细胞中发现了一类特异地与PIWI家族蛋白质相互作用的新型小分子RNA，被命名为PIWI相互作用RNA(PIWI-in-teracting RNA)，简称piRNA[2-6]。而事实上，已有研究者最早在果蝇中发现，PIWI蛋白可以与一些来自逆转座子、异染色质区域重复元件的小RNA 特异性结合[25,26]，这些小RNA被称为rasiRNA(re-peat-associated siRNA)。进一步研究发现，这些ra-
germline development and gametogenesis. In this review, we summarize the recent progress of the functions and mechanisms of PIWI/piRNA machinery.
Key Words: PIWI; piRNA; transposable elements; spermatogenesis
《生命的化学》2014年34卷4期
· 458 ·专题：RNA研究
siRNA仅与PIWI家族蛋白(Piwi、Aub、Ago3)结合，而不与AGO家族成员相互作用，故这些rasiR-NA即是piRNA[27,28]。
已有的实验证据表明，piRNA具有以下特性：其主要成簇分布在长度在20~90 kb的基因簇上；成熟序列可来源于基因间区域、内含子及外显子序列[2-4]；其长度约为24~32 nt；可特异性地与PIWI家族蛋白质成员相互作用；它们的5′末端具有很强的U碱基偏好性[2,3,12]；其3′末端被2′-O-Me修饰，以保护其免受核酸外切酶降解[29,30]。
3 PIWI/piRNA“机器”的功能与机制
3.1 piRNA的生成机制
通过对果蝇、小鼠等物种的piRNA序列分析比对，推测piRNA分子可能通过两种途径生成：初级加工途径(primary processing pathway)和“乒乓循环”扩增途径(Ping-Pong amplification loop)。已有的证据表明，大多数piRNA的序列都对应于范围较小的基因组区段，这些区域被称为piRNA簇(piRNA cluster)[2,3]。piRNA簇在基因组中的分布可从若干kb至200 kb以上，每一个piRNA簇都可产生多种序列的piRNA，有些簇可双向转录产生piRNA 前体，而有些簇只有一条DNA链可生成piRNA。研究人员推测，这些piRNA簇经转录得到长单链piRNA前体，随后再经过不依赖于Dicer酶的未知加工机制，生成初级piRNA。在此过程中，可能首先由一种未知核酸内切酶切割长单链piRNA前体，加工产生成熟的piRNA 5′单磷酸末端，该前体即被装载到Piwi或Aub蛋白上，再由一个假定的核酸外切酶Trimmer加工产生piRNA成熟的3′末端，最后由RNA甲基化酶HEN1对piRNA 3′进行甲基化修饰，产生2′-O-Me修饰[31,32]。研究表明，单链特异性的核酸内切酶Zuc(Zucchini或MitoPLD)可能参与了初级piRNA 5′末端的加工成熟[33-35]。在果蝇中，被保存下来的母源piRNA能够传递给后代，进而抑制后代的转座子活性。这些母源piRNA可能充当了后代中第一轮piRNA产生的引物[36]。
在果蝇中，由于Piwi、Aub、Ago3具有切割活性，它们可能在piRNA的产生过程中发挥核酸内切酶的作用[26, 37]。初级piRNA主要来源于反义链，由初级加工途径生成，其5′端具有强烈的U碱基偏好性，它们与Piwi及Aub蛋白结合；而Ago3结合的正义链piRNA的5′端首个碱基并不具有U偏好性，但其第10位碱基具有非常强的A碱基偏好性。此外，大量Aub结合的piRNA与Ago3结合的piRNA在序列上存在显著的5′端前10位核苷酸的碱基互补配对[26,27,37]。根据以上高通量测序实验结果，研究人员提出了piRNA生成的“乒乓循环”模型，以解释次级piRNA的可能生成机制。在这个模型中，Aub蛋白所结合的1U初级piRNA与来源于正义链的转座元件转录本互补配对，通过切割产生具有10A特征的次级piRNA的成熟5′末端，中间产物随后与Ago3蛋白结合，经一种未知核酸外切酶Trimmer加工产生成熟的次级piRNA 3′末端，并最后经HEN1产生3′末端核苷酸的2′-O-Me修饰。于是成熟次级piRNA与Ago3蛋白又进而靶向与其互补配对的转座元件反义转录本，通过相同的机制加工产生次级反义链piRNA，如此往复循环，就源源不断地加工出大量的次级piRNA[37, 38]。
在小鼠中，有证据表明MILI蛋白结合初级piRNA，MIWI2蛋白结合次级piRNA，它们分别执行对应于Aub和Ago3的功能，以同样的“乒乓循环”机制生产piRNA和切割转座元件转录本[21]。而与果蝇不同的是，小鼠中绝大多数的初级piRNA 来源于正义链，而次级piRNA则多为反义链来源。MIWI2主要定位于细胞核内，但部分蛋白质也存在于胞质中的颗粒状结构“piP-bodies”中，并且这种结构与MILI所在的颗粒状结构“pi-bodies”共定位或者紧密相邻。miwi2基因缺失突变并不影响MILI蛋白在胞质中的定位，而mili基因的敲除将导致MIWI2蛋白不再定位于核内，而以弥散的形式分布在细胞质当中。此外，当缺失MILI蛋白之后，MIWI2结合的piRNA也随之消失，这也再次表明“乒乓循环”是由M I L I及其结合的初级piRNA起始的[21,39]。随后的研究还发现，丧失切割活性的MILI DAH突变体不影响初级piRNA的生成，但此切割活性对于piRNA的扩增途径却是必需的。而MIWI2切割活性的丧失似乎并不影响piRNA的生成。因此研究人员又提出了一种独立于“乒乓循环”的次级piRNA产生途径：即通过MILI-MILI内部的循环加工来产生次级piRNA[40]。而在成年小鼠中，与MILI和MIWI结合的piRNA似
戴鹏, 等. PIWI/piRNA“机器”与雄性生殖细胞发育· 459 ·
乎并不是来源于“乒乓循环”途径，更可能是通过初级加工方式产生[41]。
3.2 piRNA的修饰加工
哺乳动物miRNA与siRNA的5′末端带磷酸基团，3′末端未被修饰[42]，而植物中miRNA和siRNA 的3′末端被2′-O-Me修饰[43,44]。Kirino等[29]和Ohara 等[30]首先在小鼠中通过β-消除实验发现，piRNA的3′末端也具有2′-O-Me修饰，这种修饰可能保护其免受核酸外切酶的降解。研究人员最早在拟南芥中发现，甲基转移酶HEN1催化介导miRNA与siRNA分子3′末端2′-O-Me修饰。HEN1含有942个氨基酸分子，其N端具有双链RNA结合结构域，C 端则具有甲基转移酶活性结构域[45]。通过序列比对，研究人员发现小鼠HEN1与植物HEN1具有较高同源性，进一步的研究发现HEN1在小鼠睾丸中特异性表达，并且负责介导piRNA分子3′末端2′-O-Me修饰[45,46]。此外，具有2′-O-Me 修饰的小RNA分子3′末端更容易被PIWI蛋白PAZ结构域识别并结合[47]。
3.3 PIWI/piRNA沉默抑制转座元件表达
转座元件是一类存在于多细胞生物基因组中的不稳定元素，它们可以通过频繁跳跃将自身插入到基因组的其它位点，从而实现对基因结构和表达的改变，对物种进化具有重要意义。然而，如果转座元件在基因组中毫无约束地随意移动，则会破坏基因组的稳定性和完整性，危害个体的生存。因生殖细胞担负着传代的重任，其基因组的稳定性和完整性尤为重要。因此，在选择压力下，动物生殖系细胞可能就进化获得了PIWI/ piRNA这样一条独特小RNA通路，用于控制转座子、逆转座子等自私性基因元件的活性，维持生殖细胞基因组稳定性及完整性。
在果蝇生殖系细胞中, piRNA通过与PIWI蛋白家族成员相互作用，沉默转座元件，维持基因组的稳定性[27]。果蝇的Aub与Ago3蛋白均具有Slicer 切割活性，通过“乒乓循环”途径，在扩增产生大量piRNA的同时，切割了大量来源于转座元件转录产物的piRNA前体，从而在转录后水平实现了对转座子、反转座子的沉默作用[26,37,38]。另外，果蝇的Piwi定位于细胞核内，且其核定位对于它发挥沉默转座子的功能是必需的，提示Piwi/piRNA 可能同时在表观遗传或转录水平控制转座子[48]。有趣的是，Piwi蛋白slicer切割活性的丧失并不改变其自身的稳定性与定位，同时对piRNA的生成及转座子的沉默抑制也不产生影响，表明Piwi可能主要在表观遗传水平发挥抑制转座元件的功能[49]。
在小鼠雄性生殖细胞中，MIWI2与MILI蛋白主要结合转座子、反转座子等移动遗传元件来源的前粗线期piRNA(pre-pachytene piRNAs)，通过在表观遗传水平和转录后水平抑制转座元件活性，从而维持生精细胞的正常发育分化。一方面，前粗线期piRNA指导MIWI2及MILI蛋白特异性地识别并切割转座元件来源的转录本，在转录后水平发挥抑制移动元件活性的作用[21]。另一方面，在mili缺失突变的小鼠睾丸中，L1元件的甲基化水平明显下降，表明piRNA可能参与介导了L1元件的甲基化修饰[50]。进一步的研究发现，在小鼠胎儿睾丸中(fetal testes)，当MIWI2或MILI缺失突变后，逆转座子调控区域DNA的甲基化水平明显下降，而且这种影响是在从头甲基化水平上发生的，表明小鼠的PIWI/piRNA通路也同样在表观遗传水平发挥沉默转座元件的作用[51]。
除此之外，在果蝇体细胞中，PIWI/piRNA能够通过碱基互补配对识别并靶向特定的基因组序列，同时招募HP1a蛋白(heterochromatin protein 1a)并实现异染色质化。PIWI/piRNA-HP1a复合体进而又可以通过招募组蛋白甲基转移酶如S U(-VAR)3-9甲基化修饰H3K9，进一步稳定或增强异染色质化修饰，减少Pol II在启动子区的覆盖，从而抑制转座元件的转录活性[52,53]。也就是说，在果蝇中，PIWI/piRNA还可能通过招募其它相关蛋白因子，对染色质活性进行重塑，进而在表观遗传水平沉默转座元件[54]。
3.4 PIWI/piRNA调控编码基因mRNA表达
越来越多的实验证据表明，除了具有沉默转座子、反转座子等移动遗传元件的功能外，piRNA还可以通过调控蛋白质编码基因表达发挥其生物学功能。
在果蝇的卵泡细胞中，一种编码免疫球蛋白类似细胞粘连分子基因fasciclin3可被piRNA识别并沉默，而piwi突变导致Fas3的表达水平升高，阻碍果蝇卵巢中生殖细胞与体细胞的混合，最终导致
《生命的化学》2014年34卷4期
· 460 ·专题：RNA研究
卵细胞发育受阻[35]。此外，在果蝇早期胚胎发育过程中，Aub和Ago3与piRNA通过碱基互补配对的原则识别母源nos mRNA，进而招募RNA 结合蛋白Smaug及CCR4-NOT脱腺苷酸复合物，介导nos mRNA的脱腺苷酸及降解，从而维持胚胎的正常发育[55]。最新的研究证明，piRNA还可以通过调控性别决定基因Bmdsx的表达，在家蚕性别决定过程中发挥关键作用[56]。
在小鼠生精细胞的发育分化过程中，除了在早期生精细胞中表达的前粗线期piRNA外，还在减数分裂前后大量表达另外一波piRNA，这类piRNA主要来源于非转座元件的基因间位点，与MILI或MIWI蛋白相互结合，被称为粗线期piRNA (pachytene piRNA)。这群粗线期piRNA的生物生成及功能机制一直是领域内的一个前沿热点问题。我们最近的一项研究发现，在小鼠后期精子细胞中，粗线期piRNA与MIWI蛋白及脱腺苷酶CAF1组装成pi-RISC复合物，通过碱基不完全配对原则，以类似miRNA的方式调控大量编码mRNA脱腺苷酸及降解清除[57]，该发现提供了精子发生后期父本mRNA清除的一种重要分子机制，并揭示了粗线期piRNA在哺乳动物精子发育中的功能。此外，还有元件发现，MIWI蛋白可通过一种不依赖于piRNA 的方式结合并稳定精子发生相关的mRNA [58]。3.5 PIWI/piRNA调控蛋白翻译及蛋白稳定性
已有的研究发现，MIWI和piRNA存在于多聚核糖体中，提示MIWI/piRNA可能在蛋白质翻译调控中发挥重要作用[4]。除此，MIWI可以和mRNA “帽子”结合蛋白eIF4E偶联；且在多聚核糖体和核糖核蛋白(RNP)中均存在MIWI与mRNA的偶联现象[59]，这些结果进一步表明MIWI可能参与翻译调控。2001年，Deng等[60]发现在miwi-/-缺失突变的小鼠中，MIWI的靶mRNA丰度急剧下降，表明MIWI可能对某些mRNA的稳定性是必须的。此外还有证据显示，MILI与eIF3a相互作用，且能够与eIF4E、eIF4G等蛋白形成复合体[23]。因此，PIWI/ piRNA可能参与生精细胞发育分化中蛋白翻译水平的基因表达调控。我们最近发现，在精子细胞发育后期，piRNA与MIWI蛋白高度结合，诱导MIWI蛋白构象变化，增强MIWI与泛素连接酶APC/C(Anaphase Promoting Complex/Cyclosome)底物识别亚基APC10的相互作用，进而促进MIWI蛋白被泛素化修饰降解；而MIWI蛋白是后期精子细胞中最后一个PIWI成员，MIWI的降解又使得piRNA失去结合蛋白的保护，最后被其它核酸酶降解，显示MIWI蛋白与piRNA以协同模式在精子形成后期被共同清除；重要的是，MIWI蛋白在后期精子细胞中的适时清除对小鼠精子生成至关重要[61]。此外，该研究发现小RNA分子作为“配体”调控其结合蛋白泛素化修饰，为蛋白泛素化修饰提供了一种全新的调控模式。
4 PIWI/piRNA“机器”中的其它关键组分
PIWI蛋白与piRNA分子作为PIWI/piRNA“机器”中的核心成分，对生精细胞的发育和精子发生至关重要。然而PIWI/piRNA“机器”正常行使功能还需要一些其它蛋白因子的参与，这些蛋白质通常与PIWI蛋白有直接相互作用或者定位在相同的亚细胞结构中。
Tudor家族蛋白是目前已知的主要PIWI相互作用蛋白。在对PIWI蛋白翻译后修饰分析中发现，PIWI蛋白N端具有一个保守的精氨酸残基对称二甲基修饰(sDMA)，该修饰为PIWI结合Tudor结构域蛋白(Tudor domain containing)提供了结构基础[62,63]。在小鼠中，Tudor家族包括TDRD1-9以及TDRD12等10个成员，它们大多数被证明主要存在于雄性生殖细胞中，对于生殖细胞的发育至关重要[64-67]。研究表明，TDRD1能够通过其tudor结构域识别MILI蛋白N端精氨酸的双甲基化修饰，它们以不依赖于RNA的方式相互作用，且共定位于nuage结构的“pi-body”中[39]；MILI对于TDRD1蛋白的表达是必需的，而TDRD1并不影响MILI的表达及在拟染色质体中的定位，且TDRD1的缺失并不影响piRNA的生物生成[68]。TDRD9是一种ATPase/ DExH-type helicase，在雄性和雌性生殖细胞中均有表达，而且参与抑制LINE-1逆转座子的表达；Tdrd9的缺失突变将导致雄性小鼠不育，其精子发生阻断在第一次减数分裂的偶线期(zygotene)；TDRD9与MIWI2共定位于加工小体(processing bod-ies, piP-body)中，并且这种定位受到MILI-TDRD1的调控[39,69]。TDRD7不仅在睾丸组织中具有较高的表达水平，其同时存在于神经系统、眼等组织
戴鹏, 等. PIWI/piRNA“机器”与雄性生殖细胞发育· 461 ·
器官中；在小鼠中，Tdrd7的缺失突变不仅可以诱发年龄相关性白内障，而且将导致雄性不育；TDRD7定位于精子细胞的拟染色质体中，但在Tdrd7缺失突变的小鼠中，piRNA的生成、转座元件DNA甲基化水平不受影响，且mili或miwi2缺失突变也不影响TDRD7的表达及定位；TDRD7可能通过独立于PIWI/piRNA的途径抑制LINE1逆转座子活性，从而在小鼠单倍体精子细胞的发育以及拟染色质体的重塑过程中发挥重要作用[70]。
4.1 其它蛋白组份
研究表明，单链特异性的核酸内切酶Zuc(Zuc-chini 或 MitoPLD)可能参与了初级piRNA 5′端的加工成熟[33-35]。MitoPLD是磷脂酶D(phospholipase D)超家族的一员，在物种之间具有保守性。Zucchini 是它在果蝇中的同系物，并且参与果蝇初级piRNA的生成。之前有文献报道，MitoPLD可以水解线粒体外膜的心磷脂(cardiolipin)产生磷脂酸(phosphatidic acid)[71-73]。MitoPLD的缺失突变造成小鼠中逆转座子去甲基化和去抑制以及初级piRNA的产生障碍。在突变的生殖细胞中，线粒体以及拟染色体的组分弥散在中心体周围，表明MitoPLD可能参与了依赖微管蛋白的线粒体以及这些蛋白组分的定位[74]。
MOV10L1(a putative DExD-box helicase MOV10-like-1)特异性的在生殖细胞中表达，与MIWI、MILI及HSPA2(heat shock 70-kD protein 2)等存在相互作用。在Mov10l1缺失突变的小鼠初级精母细胞中，LTR与逆转座子LINE-1激活表达，并伴随着细胞凋亡，造成小鼠的不育；虽然在Mov10l1缺失突变小鼠中，PIWI蛋白表达正常，但MIWI2的分布从细胞核变成了细胞质，且piRNA 表达剧烈下降，表明MOV10L1对于piRNA的生成或者在PIWI上的装载是必需的[75,76]。
Maelstrom(MAEL)是一种HMG-box(high mo-bility group box)蛋白，与MIWI和MILI存在相互作用，并且定位在拟染色体中[77,78]。进一步研究发现，MAEL与MIWI2, TDRD9共定位在nuage “piP-bodies”中，MILI与TDRD1则定位在nuage “pi-body”中。piP-body的形成依赖于pi-body，而pi-body的形成却不受piP-body的影响，提示可能与piRNA加工的进程相关。在mael缺失突变小鼠中，MIWI2、TDRD9、MVH从piP-body中消失，但不影响piP-body的组成[39]。因此MAEL可能对于MIWI2依赖的次级piRNA的产生、DNA的从头甲基化修饰及转座子的抑制起着重要的作用。
驱动蛋白作为动力蛋白分子可以与微管结合，通过消耗ATP将多种类型的货物，包括小泡、蛋白质以及RNA分子沿着微管运输[79]。睾丸特异性驱动蛋白KIF17b，可以在细胞核与细胞质之间穿梭，并且可以把CREM的辅助激活因子ACT从细胞核运输到细胞质，从而调控CREM-依赖性转录[80,81]。有证据显示，KIF17b还可以结合一些含有特异mRNA (如CREM靶mRNA)的核糖核蛋白颗粒，从而将这些颗粒从细胞核运输到细胞质[82]。MIWI和KIF17b 均可以和CREM的靶mRNA偶联，提示它们可能具有功能相关性[24,82,83]。KIF17b和MIWI不仅共定位于拟染色体中，并且还存在直接相互作用。MIWI 可能为KIF17b从细胞核往细胞质运输RNA提供了一个锚定位点[83]。
GASZ(Germ cell protein with Ankyrin repeats, Sterile alpha motif, and leucine Zipper)与MILI共定位于intermitochondrial cement 中，并且对于稳定MILI是至关重要的。在GASZ缺失的小鼠中，逆转座子的甲基化水平下降，精子发生被阻断在偶线期/粗线期，与MILI缺失突变的表型类似[84]。
MVH(mouse vasa homologue)是一个ATP依赖的RNA解旋酶(RNA helicase)，为DEAD-box蛋白家族成员。MVH从精原细胞开始表达，一直持续到球形精子细胞，并且在早期精母细胞中表达量最高；在球形精子细胞中，MVH主要分布在拟染色体中[85]。MVH的缺失突变造成小鼠雄性不育且精子发育停留在偶线期，而雌性小鼠却是可育的[86]。MVH可以与MIWI、MILI结合，且MVH主要通过N端序列与MIWI或MILI相互作用，MILI的缺失突变似乎并不影响MVH的表达；在球形精子细胞中，MIWI与MVH均处于拟染色体中[22]。MVH对于逆转座子DNA的从头甲基化以及piRNA的产生发挥着重要作用[87]。最近，Ramesh实验室发现MVH在果蝇中的同源蛋白Vasa，可与PIWI蛋白以及Tudor蛋白共同组成“扩增器(amplifier)”，参与加工调控次级piRNA的产生，解析了“乒乓循环”的分子机制[88]。
《生命的化学》2014年34卷4期
· 462 ·专题：RNA研究
5 结语
piRNA与PIWI蛋白相互结合形成PIWI/piR-NA“机器”，抑制基因组中移动遗传元件、抵御转座元件对基因组的侵袭和破坏，同时还参与调控蛋白编码基因的表达，维持生殖细胞的发育分化及配子形成。越来越多的实验证据和研究报道正不断扩展领域内PIWI/piRNA“机器”的认识，而进一步调查研究其组成、动态变化及其调控机制将有助于我们深入了解PIWI/piRNA复合物及其作用通路，促进我们对其生物学功能及意义的理解，进而为相关男性不育症的诊断和治疗提供理论基础。
参 考 文 献
[1] Carmell MA, Xuan Z, Zhang MQ, et al. The Argonaute
family: tentacles that reach into RNAi, developmental control, stem cell maintenance, and tumorigenesis. Genes Dev, 2002, 16: 2733-2742
[2] Aravin A, Gaidatzis D, Pfeffer S, et al. A novel class of
small RNAs bind to MILI protein in mouse testes. Na-
ture, 2006, 442: 203-207
[3] Girard A, Sachidanandam R, Hannon GJ, et al. A germ-
line-specific class of small RNAs binds mammalian Piwi proteins. Nature, 2006, 442: 199-202
[4] Grivna ST, Beyret E, Wang Z, et al. A novel class of
small RNAs in mouse spermatogenic cells. Genes Dev, 2006, 20:1709-1714
[5] Lau NC, Seto AG, Kim J, et al. Characterization of the
piRNA complex from rat testes. Science, 2006, 313: 363-
367
[6] Watanabe T, Takeda A, Tsukiyama T, et al. Identification
and characterization of two novel classes of small RNAs in the mouse germline: retrotransposon-derived siRNAs in oocytes and germline small RNAs in testes. Genes Dev, 2006, 20: 1732-1743
[7] Song JJ, Liu J, Tolia NH, et al. The crystal structure of
the Argonaute2 PAZ domain reveals an RNA binding motif in RNAi effector complexes. Nat Struct Biol, 2003, 10: 1026-1032
[8] Song JJ, Smith SK, Hannon GJ, et al. Crystal structure of
Argonaute and its implications for RISC slicer activity.
Science, 2004, 305: 1434-1437
[9] Lingel A, Simon B, Izaurralde E, et al. Nucleic acid 3'-end
recognition by the Argonaute2 PAZ domain. Nat Struct Mol Biol, 2004, 11: 576-577
[10] Ma JB, Ye K, Patel DJ, et al. Structural basis for over-
hang-specific small interfering RNA recognition by the PAZ domain. Nature, 2004, 429: 318-322
[11] Rivas FV, Tolia NH, Song JJ, et al. Purified Argonaute2
and an siRNA form recombinant human RISC. Nat Struct Mol Biol, 2005, 12: 340-349
[12] Kim VN. Small RNAs just got bigger: Piwi-interacting
RNAs (piRNAs) in mammalian testes. Genes Dev, 2006, 20: 1993-1997
[13] Liu J, Carmell MA, Rivas FV, et al. Argonaute2 is the
catalytic engine of mammalian RNAi. Science, 2004, 305: 1437-1441
[14] Elbashir SM, Lendeckel W, Tuschl T. RNA interference
is mediated by 21- and 22-nucleotide RNAs. Genes Dev, 2001, 15: 188-200
[15] Parker JS, Barford D. Argonaute: A scaffold for the
function of short regulatory RNAs. Trends Biochem Sci, 2006, 31: 622-630
[16] Lingel A, Sattler M. Novel modes of protein-RNA recog-
nition in the RNAi pathway. Curr Opin Struct Biol, 2005, 15: 107-115
[17] Lin H, Spradling AC. A novel group of pumilio muta-
tions affects the asymmetric division of germline stem cells in the Drosophila ovary. Development, 1997, 124: 2463-2476
[18] Cox DN, Chao A, Baker J, et al. A novel class of evolu-
tionarily conserved genes defined by piwi are essential for stem cell self-renewal. Genes Dev, 1998, 12: 3715-
3727
[19] Klattenhoff C, Theurkauf W. Biogenesis and germline
functions of piRNAs. Development, 2008, 135: 3-9 [20] Carmell MA, Girard A, van de Kant HJ, et al. MIWI2
is essential for spermatogenesis and repression of trans-
posons in the mouse male germline. Dev Cell, 2007, 12: 503-514
[21] Aravin AA, Sachidanandam R, Bourc'his D, et al. A piR-
NA pathway primed by individual transposons is linked to de novo DNA methylation in mice. Mol Cell, 2008, 31: 785-799
[22] Kuramochi-Miyagawa S, Kimura T, Ijiri TW, et al. Mili,
a mammalian member of piwi family gene, is essential
for spermatogenesis. Development, 2004, 131: 839-849 [23] Unhavaithaya Y, Hao Y, Beyret E, et al. MILI, a PIWI-in-
teracting RNA-binding protein, is required for germ line stem cell self-renewal and appears to positively regulate translation. J Biol Chem, 2009, 284: 6507-6519 [24] Deng W, Lin H. miwi, a murine homolog of piwi, en-
codes a cytoplasmic protein essential for spermatogene-
sis. Dev Cell, 2002, 2: 819-830
[25] Aravin AA, Lagos-Quintana M, Yalcin A, et al. The small
RNA profile during Drosophila melanogaster develop-
戴鹏, 等. PIWI/piRNA“机器”与雄性生殖细胞发育· 463 ·
ment. Dev Cell, 2003, 5: 337-350
[26] Saito K, Nishida KM, Mori T, et al. Specific association
of Piwi with rasiRNAs derived from retrotransposon and heterochromatic regions in the Drosophila genome.
Genes Dev, 2006, 20: 2214-2222
[27] Vagin VV, Sigova A, Li C, et al. A distinct small RNA
pathway silences selfish genetic elements in the germ-
line. Science, 2006, 313: 320-324
[28] Lin H. piRNAs in the germ line. Science, 2007, 316: 397
[29] Kirino Y, Mourelatos Z. Mouse Piwi-interacting RNAs
are 2'-O-methylated at their 3' termini. Nat Struct Mol Biol, 2007, 14: 347-348
[30] Ohara T, Sakaguchi Y, Suzuki T, et al. The 3' termini of
mouse Piwi-interacting RNAs are 2'-O-methylated. Nat Struct Mol Biol, 2007, 14: 349-350
[31] Senti KA, Brennecke J. The piRNA pathway: a fly's per-
spective on the guardian of the genome. Trends Genet, 2010, 26:499-509
[32] Kawaoka S1, Izumi N, Katsuma S, et al. 3' end formation
of PIWI-interacting RNAs in vitro. Mol Cell, 2011, 43: 1015-1022
[33] Ipsaro JJ, Haase AD, Knott SR, et al. The structural bio-
chemistry of Zucchini implicates it as a nuclease in piR-
NA biogenesis. Nature, 2012, 491: 279-283
[34] Nishimasu H, Ishizu H, Saito K, et al. Structure and
function of Zucchini endoribonuclease in piRNA biogen-
esis. Nature, 2012, 491:284-287
[35] Saito K, Inagaki S, Mituyama T, et al. A regulatory cir-
cuit for piwi by the large Maf gene traffic jam in Dro-
sophila. Nature, 2009, 461: 1296-1299
[36] Brennecke J, Malone CD, Aravin AA, et al. An epigen-
etic role for maternally inherited piRNAs in transposon silencing. Science, 2008, 322: 1387-1392
[37] Gunawardane LS, Saito K, Nishida KM, et al. A slic-
er-mediated mechanism for repeat-associated siRNA 5' end formation in Drosophila. Science, 2007, 315: 1587-
1590
[38] Brennecke J, Aravin AA, Stark A, et al. Discrete small
RNA-generating loci as master regulators of transposon activity in Drosophila. Cell, 2007, 128: 1089-1103 [39] Aravin AA, van der Heijden GW, Casta?eda J, et al.
Cytoplasmic compartmentalization of the fetal piRNA pathway in mice. PLoS Genet, 2009, 5: e1000764 [40] De Fazio S, Bartonicek N, Di Giacomo M, et al. The
endonuclease activity of Mili fuels piRNA amplification that silences LINE1 elements. Nature, 2011, 480: 259-
263
[41] Beyret E, Liu N, Lin H. piRNA biogenesis during adult
spermatogenesis in mice is independent of the ping-pong mechanism. Cell Res, 2012, 22: 1429-1439[42] Elbashir SM, Lendeckel W, Tuschl T. RNA interference
is mediated by 21- and 22-nucleotide RNAs. Genes Dev, 2001, 15: 188-200
[43] Yu B, Yang Z, Li J, et al. Methylation as a crucial step
in plant microRNA biogenesis. Science, 2005, 307: 932-
935
[44] Yang Z, Ebright YW, Yu B, et al. HEN1 recognizes 21-24
nt small RNA duplexes and deposits a methyl group onto the 2' OH of the 3' terminal nucleotide. Nucleic Acids Res, 2006, 34: 667-675
[45] Park W, Li J, Song R, et al. CARPEL FACTORY, a Dicer
homolog, and HEN1, a novel protein, act in microRNA metabolism in Arabidopsis thaliana. Curr Biol, 2002, 12: 1484-1495
[46] Kirino Y, Mourelatos Z. The mouse homolog of HEN1 is
a potential methylase for Piwi-interacting RNAs. RNA,
2007, 13: 1397-1401
[47] Simon B, Kirkpatrick JP, Eckhardt S, et al. Recognition
of 2'-O-methylated 3'-end of piRNA by the PAZ domain of a Piwi protein. Structure, 2011, 19: 172-180
[48] Klenov MS, Sokolova OA, Yakushev EY, et al. Separa-
tion of stem cell maintenance and transposon silencing functions of Piwi protein. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108: 18760-18765
[49] Darricarrère N1, Liu N, Watanabe T, et al. Function of
Piwi, a nuclear Piwi/Argonaute protein, is independent of its slicer activity. Proc Natl Acad Sci USA, 2013, 110: 1297-1302
[50] Aravin AA, Sachidanandam R, Girard A, et al. Devel-
opmentally regulated piRNA clusters implicate MILI in transposon control. Science, 2007, 316: 744-747 [51] Kuramochi-Miyagawa S, Watanabe T, Gotoh K, et al.
DNA methylation of retrotransposon genes is regulated by Piwi family members MILI and MIWI2 in murine fe-
tal testes. Genes Dev, 2008, 22: 908-917
[52] Lin H, Yin H. A novel epigenetic mechanism in Drosoph-
ila somatic cells mediated by Piwi and piRNAs. Cold Spring Harb Symp Quant Biol, 2008, 73: 273-281 [53] Le Thomas A, Rogers AK, Webster A, et al. Piwi induces
piRNA-guided transcriptional silencing and establish-
ment of a repressive chromatin state. Genes Dev, 2013, 27: 390-399
[54] Guzzardo PM, Muerdter F, Hannon GJ. The piRNA path-
way in flies: highlights and future directions. Curr Opin Genet Dev, 2013, 23: 44-52
[55] Rouget C, Papin C, Boureux A, et al. Maternal mRNA
deadenylation and decay by the piRNA pathway in the early Drosophila embryo. Nature, 2010, 467: 1128-1132 [56] Kiuchi T, Koga H, Kawamoto M, et al. A single fe-
male-specific piRNA is the primary determiner of sex in
《生命的化学》2014年34卷4期
· 464 ·专题：RNA研究
the silkworm. Nature, 2014, 509: 633-636
[57] Gou LT, Dai P, Yang JH, et al. Pachytene piRNAs instruct
massive mRNA elimination during late spermiogenesis.
Cell Res, 2014, 24: 680-700
[58] Vourekas A, Zheng Q, Alexiou P, et al. Mili and Miwi
target RNA repertoire reveals piRNA biogenesis and function of Miwi in spermiogenesis. Nat Struct Mol Biol, 2012, 19: 773-781
[59] Grivna ST, Pyhtila B, Lin H. MIWI associates with trans-
lational machinery and PIWI-interacting RNAs (piRNAs) in regulating spermatogenesis. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103: 13415-13420
[60] Deng W, Lin H. Asymmetric germ cell division and oo-
cyte determination during Drosophila oogenesis. Int Rev Cytol, 2001, 203: 93-138
[61] Zhao S, Gou LT, Zhang M, et al. piRNA-triggered MIWI
ubiquitination and removal by APC/C in late spermato-
genesis. Dev Cell, 2013, 24: 13-25
[62] Kirino Y, Kim N, de Planell-Saguer M, et al. Arginine
methylation of Piwi proteins catalysed by dPRMT5 is required for Ago3 and Aub stability. Nat Cell Biol, 2009, 11: 652-658
[63] Chen C, Jin J, James DA, et al. Mouse Piwi interactome
identifies binding mechanism of Tdrkh Tudor domain to arginine methylated Miwi. Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106: 20336-20341
[64] Goulet I, Boisvenue S, Mokas S, et al. TDRD3, a novel
Tudor domain-containing protein, localizes to cytoplas-
mic stress granules. Hum Mol Genet, 2008, 17: 3055-
3074
[65] Tanaka T, Hosokawa M, Vagin VV, et al. Tudor domain
containing 7 (Tdrd7) is essential for dynamic ribonucle-
oprotein (RNP) remodeling of chromatoid bodies during spermatogenesis. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108: 10579-10584
[66] Yabuta Y, Ohta H, Abe T, et al. TDRD5 is required for
retrotransposon silencing, chromatoid body assembly, and spermiogenesis in mice. J Cell Biol, 2011, 192: 781-
795
[67] Yang Y, Lu Y, Espejo A, et al. TDRD3 is an effector mol-
ecule for arginine-methylated histone marks. Mol Cell, 2010, 40: 1016-1023
[68] Wang J, Saxe JP, Tanaka T, et al. Mili interacts with tudor
domain-containing protein 1 in regulating spermatogene-
sis. Curr Biol, 2009, 19: 640-644
[69] Shoji M, Tanaka T, Hosokawa M, et al. The TDRD9-MI-
WI2 complex is essential for piRNA-mediated retrotrans-
poson silencing in the mouse male germline. Dev Cell, 2009, 17: 775-787
[70] Tanaka T, Hosokawa M, Vagin VV, et al. Tudor domain
containing 7 (Tdrd7) is essential for dynamic ribonucle-
oprotein (RNP) remodeling of chromatoid bodies during spermatogenesis. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108: 10579-10584
[71] Choi SY, Huang P, Jenkins GM, et al. A common
lipid links Mfn-mediated mitochondrial fusion and SNARE-regulated exocytosis. Nat Cell Biol, 2006, 8: 1255-1262
[72] Huang H, Frohman MA. Lipid signaling on the mito-
chondrial surface. Biochim Biophys Acta, 2009, 1791: 839-844
[73] Stace CL, Ktistakis NT. Phosphatidic acid- and phos-
phatidylserine-binding proteins. Biochim Biophys Acta, 2006, 1761: 913-926
[74] Watanabe T, Chuma S, Yamamoto Y, et al. MITOPLD
is a mitochondrial protein essential for nuage formation and piRNA biogenesis in the mouse germline. Dev Cell, 2011, 20: 364-375
[75] Frost RJ, Hamra FK, Richardson JA, et al. MOV10L1 is
necessary for protection of spermatocytes against retro-
transposons by Piwi-interacting RNAs. Proc Natl Acad Sci USA, 2010, 107: 11847-11852
[76] Zheng K, Xiol J, Reuter M, et al. Mouse MOV10L1 as-
sociates with Piwi proteins and is an essential component of the Piwi-interacting RNA (piRNA) pathway. Proc Natl Acad Sci USA, 2010, 107: 11841-11846
[77] Costa Y, Speed RM, Gautier P, et al. Mouse MAEL-
STROM: the link between meiotic silencing of unsyn-
apsed chromatin and microRNA pathway? Hum Mol Genet, 2006, 15: 2324-2334
[78] Kojima K, Kuramochi-Miyagawa S, Chuma S, et al. As-
sociations between PIWI proteins and TDRD1/MTR-1 are critical for integrated subcellular localization in mu-
rine male germ cells. Genes Cells, 2009, 14: 1155-1165 [79] Woehlke G, Schliwa M. Walking on two heads: the many
talents of kinesin. Nat Rev Mol Cell Biol, 2000, 1: 50-58 [80] Macho B, Brancorsini S, Fimia GM, et al. CREM-de-
pendent transcription in male germ cells controlled by a kinesin. Science, 2002, 298: 2388-2390
[81] Kotaja N, Macho B, Sassone-Corsi P. Microtubule-in-
dependent and protein kinase A-mediated function of kinesin KIF17b controls the intracellular transport of activator of CREM in testis (ACT). J Biol Chem, 2005, 280: 31739-31745
[82] Chennathukuzhi V, Morales CR, El-Alfy M, et al. The
kinesin KIF17b and RNA-binding protein TB-RBP trans-
port specific cAMP-responsive element modulator-reg-
ulated mRNAs in male germ cells. Proc Natl Acad Sci USA, 2003, 100: 15566-15571
[83] Kotaja N, Lin H, Parvinen M, et al. Interplay of PIWI/
戴鹏, 等. PIWI/piRNA“机器”与雄性生殖细胞发育· 465 ·
Argonaute protein MIWI and kinesin KIF17b in chro-
matoid bodies of male germ cells. J Cell Sci, 2006, 119: 2819-2825
[84] Ma L, Buchold GM, Greenbaum MP, et al. GASZ is
essential for male meiosis and suppression of retrotrans-
poson expression in the male germline. PLoS Genet, 2009, 5: e1000635
[85] Toyooka Y, Tsunekawa N, Takahashi Y, et al. Expression
and intracellular localization of mouse Vasa-homologue protein during germ cell development. Mech Dev, 2000,
93: 139-149
[86] Tanaka SS, Toyooka Y, Akasu R, et al. The mouse homo-
log of Drosophila Vasa is required for the development of male germ cells. Genes Dev, 2000, 14: 841-853 [87] Kuramochi-Miyagawa S, Watanabe T, Gotoh K, et al.
MVH in piRNA processing and gene silencing of retro-
transposons. Genes Dev, 2010, 24: 887-892
[88] Xiol J, Spinelli P, Laussmann MA, et al. RNA clamping
by vasa assembles a piRNA amplifier complex on trans-
poson transcripts. Cell, 2014, 157: 1698-1711
题目：秀丽线虫生殖细胞凋亡检测 实验目的: 1. 掌握检测凋亡细胞的方法 2. 学习使用荧光染料活体染色的方法和步骤 ．实验原理 1. 秀丽隐杆线虫( Caenorhabditis elegans )：是一种无毒无害、可以独立生存的 线虫。其个体小，成体仅 1.5mm 长，为雌雄同体 ( hermaphrodites )，雄性个体仅占群体的 0.2%，可自体受精或双性生殖；在20℃下平均生活史为 3.5 天，平均繁殖力为 300-350 个；但若与雄虫交配，可产生多达 1400 个以上的后代。 1976 年， Sulston 和 Horvitz 利用秀丽隐杆线虫 ( Caenorhabditis elegans ) 研究发现，其约 13%的体细胞在胚胎发育中注定死亡，使得人们认识到细胞凋亡的遗传基础。 2. 荧光染料活体染色：本实验使用吖啶橙( Acridine orange )作为染色剂，该染 料对细胞具有慢性毒性，致癌性强，由于凋亡细胞因 DNA片段化可结合更多染料，荧光显微镜下呈亮绿色，可在荧光显微镜下快速方便的检测出，适用于多数品系。
实验材料及设备 1. 实验材料： a) 各品系秀丽隐杆线虫：N2(实验组) , ced-1::gfp (方法对照组)，ced- 3(阴性对照) b) OP50 c) M9培养基 d) NGM培养基 2. 实验设备： a) 普通光学显微镜 b) 载玻片若干，盖玻片若干，铂金丝 c) 暗箱 d) 吸水纸、滴管等 e) 荧光显微镜 四．实验方法及步骤 1. 线虫接种、同步化 2. 取样：在 12 孔板培养板上，每孔吸取 900μL 预先接入少量 OP50 的 M9 培养基，每孔用铂金丝挑取培养 20~30 条成体线虫 3. 染色：向 N2与 ced-3 品系中每孔加入 250μg/mL 吖啶橙 100μL, 混匀后 置于培养箱(避光)染色 45~60min。 4. 方法对照组观察：向 ced-1::GFP 品系中加入 1 滴盐酸左旋咪唑，麻痹线
人的生殖和发育（第一课时）教学设计Teaching design of human reproduction and development (first class)
人的生殖和发育（第一课时）教学设计 前言：小泰温馨提醒，生物学又称生命科学、生物科学，是一门由经验主义出发，广泛的 研究生命的所有面向之自然科学，内容包括生命起源、演化、分布、构造、发育、功能、 行为、与环境的互动关系，以及生物分类学等。本教案根据生物课程标准的要求和针对教 学对象是初中生群体的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划、并以启迪发展学生智力为根本目的。便于学习和使用，本文下载后内容可随意修改调整及 打印。 第一节教学目标 1.理解生殖、发育、青春期发育的特点和卫生保健的概念。 2.了解男女生殖系统的结构和功能，精子和卵细胞，受精、 胚胎的发育和营养，人体发育的各个时期等方面的内容。 3.寓性道德教育于性生理教学之中，结合学生现状，讲解上 述内容使其初步形成科学的性知识和正确的性道德观，并认识到 对其身心健康具有现实及长远的意义。 4.第二节内容中配以3幅曲线图，教学过程中应让学生结合 自己的生长发育实际，对曲线图进行分析比较，这样做不仅有利 于学生对有关知识的理解，而且还有助于培养学生的识图能力。 重点、难点分析 1.青春期发育的特点是本章的重点内容，是继上一节所讲述 的有关生殖等概念的基础上讲述这部分内容的。青春期是生长发 育的重要时期，整个时期发生一系列的重大变化。有人把这个时 期比作生命道路上的里程碑，这话一点不过份。因此我认为，对
于这部分知识要结合三幅曲线图及学生实际讲清楚。 2.青春期的心理卫生是本章教学的难点。现在的学生尤其是 城市的学生由于生活质量的逐步提高，发育成熟比较早，各种宣 传媒体中有些不良的东西无时无刻不对学生产生各种各样的影响，学生或多或少地已知道有关性的知识，但不可能进行有效的识别，往往在这个时期把握不住自己，出现一些不正常的现象。教师应 就普遍存在的问题深入浅出他讲清道理，个别问题课下单独解决，切不可在课上指名道姓。建议在讲完本章第一节课后对学生进行 间卷调查，使下一节课的教学更具有针对性，同时对于兼做班主 任的任课教师来说，借此也是了解学生的一个机会。问卷调查的 试题附在其后供参阅。教学过程设计一、本章的参考授课时 数为2课时。 二、第一课时：【教学准备】 1．生殖系统挂图一套。 2.有条件的学校可展示与本课内容有直接关系的标本及模型。 3．印制好的《青春期心理、生理现状调查》若干份。 【提示】学习这部分知识首先要求学生要端正态度，不回避，不 隐讳，以科学的态度像学习其它章节的内容一样地学习，有不清 楚的及时间老师、家长或医生。其次，能够用学到的知识指导自 己的行动，为今后一生的身心健康打下良好的基础。【引言】大家知道，生物的“生”一是指有生命，能够新陈代谢，而另一 方面是指种族和生命的延续，或称之为繁殖。以前的学习中，我
PUF蛋白在小鼠雄性生殖细胞及人肿瘤细胞增殖中的功能研究最近研究发现,RNA结合蛋白可能在动物发育过程和细胞增殖分化过程中发挥了重要的作用,但是多数RNA结合蛋白的作用尚有待发现。 PUF(Pumilio-Fem3-binding factor)蛋白家族是真核生物RNA结合蛋白家族中高度保守的一类,它们在低等动物中主要对基因表达起负性调控的作用。PUF蛋白可以通过Pumilio的同源结构域去结合目标mRNA的3’UTR(3’Untranslated Region)上高度特异性序列,最终导致mRNA降解和翻译水平的降低。 PUF家族蛋白广泛分布于真核生物,从酵母、线虫、果蝇到小鼠和人均存在同源基因。在果蝇和线虫中它们被发现在生殖细胞发育过程起重要作用,比如原始生殖细胞的增殖和迁移,生殖干细胞的自我更新等等。人和其他哺乳动物主要存在两种PUM蛋白,即PUMILIO1(PUMI)和PUMILI02(PUM2),它们在人和其他哺乳动物中的功能还不清楚。 尤其是它们是否像在果蝇、线虫中一样参与生殖细胞的发育和干细胞的维持还尚无报道。有研究表明,Puml或者Pum2基因敲除小鼠仍然存在生育能力;但是我们课题组前期发现两个基因同时缺失会导致胚胎致死,这对研究它们在哺乳动物精子发生过程中的作用造成了极大的困难。我们实验室前期通过生殖细胞特异性Cre(Vasa-cre和Stra8-cre)工具鼠构建了 Pum基因条件性敲除小鼠,可以使其分别在特定时间点将睾丸生殖细胞中的Pum蛋白敲除。 通过对这两种条件性敲除小鼠的表型进行分析发现,它们的睾丸显著小于对照组睾丸,并且不育。与此同时,在出生后6天时,这种睾丸的重量差异就已经变得非常显著了,这说明PUM很有可能在早期生殖细胞的发育过程中起着重要的作用。为了解释Pum基因条件性双敲小鼠的不育原因,我们首先对其进行了组织学
第一章生殖细胞发生 一、本章重点 1．精子发生 2．卵子发生 二、本章难点 1．卵子发生 三、教学内容： 第一节生殖细胞发生 生殖细胞分化配子雄配子成体 受精合子 雌配子生殖细胞 在行有性生殖的动物中，配子发生是个体发育的前奏。配子发生包括雄性生殖细胞（精子）和雌性生殖细胞（卵子）的发生，是由原始生殖细胞分化而来的。原始生殖细胞在雄性动物中分化为精原细胞，在雌性动物中分化为卵原细胞，然后分别经过精子发生和卵子发生形成成熟的精子和卵子。 一生殖质与生殖细胞分化 1.生殖质(germ plasm) ①定义:在卵子中有一类特化的细胞质决定因子,他们定位于卵质的特殊区域,并决定原始生殖细胞(PGC)的形成和发育.这类特化的卵质决定因子称生殖质,其是新一代生殖细胞的发源处，维系着种系的延续。 ②组成:生殖质是具有一定形态结构的特殊物质,由蛋白质和RNA构成 2.生殖质影响生殖细胞分化 线虫 ●线虫的生殖质叫做p颗粒 ●未受精前p颗粒随机分布于卵子中 ●受精后p颗粒向卵子后端集聚 ●经一次卵裂后， p颗粒全部分布在P1细胞中，然后再经3次卵裂，由P1、P2、P3传 递到P4细胞 ●所有的生殖细胞均源于P4细胞
爪蟾 爪蟾的生殖质位于植物极附近. 卵裂期间，生殖质通过卵黄胞质向上运动，由于分裂过程中卵质的非对称性分布，生殖质仅保留在最靠近植物极的子细胞中 在原肠形成期，这些含有生殖质的细胞定位在囊胚腔底层的内胚层 到原肠后期，他们被决定为原始生殖细胞，并从内胚层迁出，进入生殖嵴，在那里与生殖嵴一起形成性腺。 二.原生殖细胞的迁移 1.为什么要迁移? ?原始生殖细胞是生殖细胞的前身,多数动物原始生殖细胞的起源与其性腺的起源不同,并在位置上有一定的距离,一般是获得生殖质形成原生殖细胞后.才被迁移到生殖腺.然后才在性腺分化为卵子或精子
华师大版科学八下《人的生殖与发育》word教案 第1节人的生殖 苏州立达学校顾源媛 教学目标 1、知识目标 （1）说出男女生殖系统的组成和功能。 （2）简单描述受精、胚胎发育和分娩的过程。 2、能力目标 通过观看，分析图文资料培养学生分析问题能力，交流表达能力。 3、情感态度与价值观目标 通过认识自我活动，体验生命来之不易，学会关爱生命，关注自身健康和进展，热爱生命的情感。 重难点 重点：说出男女生殖系统的要紧结构和功能。 难点：感受生命的宝贵，体会父母给了我们生命的意义。 课时 2课时（此为第1课时） 教学手段 多媒体 教学策略 师：小时候，大伙儿有没有问过妈妈或者想过如此一个问题：我从哪里来的？妈妈如何告诉你们的呢？ 生：各种答案。 师：看来大伙儿出生的方式都不一样啊。然而各个答案看起来都不科学。可能爸爸妈妈因为一些顾忌，没有专门好的告诉大伙儿。但事实上人的生殖是关系到我们每个同学的，是一门科学，我们应该明白。下面，我们来认识一对英国的夫妇，菲莉芭和杰夫，一起来了解他们的小宝宝是如何产生的。那我们大伙儿就会比较清晰我们到底是如何来的。今天这节课呢，我们将通过医学显像方法，把菲莉芭从怀孕到生小宝宝这将近一年的时刻浓缩成一节课，一起来看一看，人体如何克服各种困难，来完成制造新生命的奇迹。 师：大伙儿专门难相信你的生命开始于一个细胞。那个细胞是由两个生殖细胞：男性的精子和女性的卵细胞结合而成。（展现图片）请大伙儿看图，描述精子和卵细胞什么形状？ 生：精子外形像蝌蚪，头大，尾长。 师：补充：（展现显微镜下动画）而且精子专门小，长约0.06毫米，用显微镜能看到。精子有尾，能够游动。 生：卵细胞球形。 师：补充：卵细胞是人体最大的细胞，直径在0.1毫米以上，几乎用肉眼就能够看到。细胞质中含有丰富的卵黄。有什么作用，我们等会儿再看。 师：那精子和卵细胞在哪里产生？这和男性生殖系统和女性生殖系统有关。请大伙儿观
人类的生殖和发育 课题：第三章复习学案课型：复习课主备人： 一、复习目标： 复习婴儿的诞生的知识，巩固男女生殖系统的结构以及受精胚胎发育的特点。 复习青春期发育知识，巩固清除其生理变化和心理变化的以及健康的成长。 复习计划生育知识，巩固有关人口与计划生育的知识。 二、复习重点、难点 复习重点：睾丸与卵巢的功能、胚胎发育及营养。 复习难点：胚胎发育及营养、青春期心理生理变化。 三、知识网络： 睾丸： 附睾和输精管： 精囊腺和前列腺： 外生殖器：阴囊、阴茎 卵巢：。 输卵管： 子宫： 阴道：月经流出和胎儿产出的通道。 外生殖器
场所： 过程：精子与卵细胞形成受精卵 受精卵分裂胚胎分化胎儿 胚胎二氧化碳等废物胎盘母体 氧气、养料 原因：和的调节作用 形态发育特点：和迅速增长。 功能发育特点：体内各种组织、器官生理功能发生明显的变化。 青春期发育突出的特点：生殖器官的和。 青春期心理变化 保证营养全面均衡 经常参加一些有益的文体活动和社会活动。 女孩注意经期卫生和保健。 人口与资源：地球的环境为人类提供资源的能力有限，人口的 急剧膨胀导致资源危机。 我国人口的控制：为控制人口数量和提高人口素质，我国已将计划生育列为一项基本国策。具体要求是 、、。 四、知识梳理： 男、女的性腺分别是和，他们的功能分别是和。
受精的场所是、胚胎发育的场所是。 新生命的开始是。 胎儿在母体内发育所需要的氧气和营养物质，是通过和从母体得到的。 进入青春期的青少年，由于和的调节作用，导致其形态和生理机能上发生一系列的变化。 青春期形态发育得的一个显著特点是和的迅速增长。 青春期发育最突出的特征是和。 为控制人口数量和提高人口素质，我国已将计划生育列为一项基本国策。 具体要求是、、、。 五、强化训练： 一、选择题： 人体胚胎发育的初期所需的营养物质来自于 A卵黄B母体血液c胎盘D子宫 人的发育的起点是 A卵细胞B精子c受精卵D胎儿 下列器官同属于两种系统的是 A卵巢B子宫c输卵管D前列腺 胎儿在母体子宫内发育的过程，不进行下列哪项生理活动 A气体交换B排泄废物c消化系统D血液循环系统
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 精原干细胞研究进展 精原干细胞研究进展动物生殖生理学课程论文精原干细 胞移植的研究进展【摘要】 :精原干细胞(spermatogonial stem cells, SSCs) 是精子发生的起始细胞。 SSCs 移植是近年发展起来的一项技术，是将供体动物的 SSCs 移植到受体动物的睾丸内，使其在受体睾丸内迁移、定居、增殖并 启动精子发生，产生有受精能力精子的过程。 该技术在雄性不育的治疗、精子发生机制的探讨、干细胞生物 学研究及优质动物或转基因动物繁育等方面具有广阔的应用前景。 本文就 SSCs 移植技术、移植研究的发展和 SSCs 移植应用作 一综述。 【关键词】 : 精原干细胞、移植、鉴别、分离、受体Progress on Spermatogonial Stem Cell Transplantation 【Abstract】 : Spermatogonial stem cells (spermatogonial stem cells, SSCs) are initiating cells of sperm production. SSCs transplantation is novel technique developed in recent years, in which the testicular cell suspension from donor animals is microinjected into seminiferous tubes at the surface of the host testis, and subsequently, the donor SSCs survive, migrate, proliferate, initiate the spermatogenesis and produce the sperms with normal fertilization ability in the host testis. 1/ 19
人的生殖和发育练习题 第一节：1、人的生殖是从生殖系统产生开始的, __________ 是新生命的第 一个细胞，受精作用是在__________中完成的。 2、男性的生殖细胞是________ ，呈 __________ 形，能游动，在_________ 中形成，在 ________ 中贮存，最后经__________ 、__________ 、_________ 排出体外。 3、女性的生殖细胞是________ ，呈 _________ 形，是人体内最大的细胞，含有丰富的 _____________________________ ， 成年女性一般每月只排出________ 个成熟的卵细胞。 4、卵细胞成熟后，由______ 排出，进入___________ ，如果此时恰好与________ 相遇，卵细胞就与众多精子中的一个结合，形成_____________ ，完成受精作用。 5、____________ 的分裂，标志着人类个体发育的开始。 6、胎儿通过______ 、 _______ 从母体的血液里获得__________ 和__________ ，同时把产生的__________ 等废物排到母体的血液里，再由__________ 排出体外。 7、胚胎发育到8周末，其外貌开始像人，从这时起到出生前的胚胎，叫做___________ ，母体怀孕_____ 周左右，胎儿发育成熟，成熟的胎儿从母体的阴道产出的过程称为__________ ，分娩过程的结束标志着___________ 的诞生。 1、卵巢的主要功能是（） A.只产生卵细胞 B.只分泌雌性激素 C.产生卵细胞和分泌雌性激素 D.输送 卵细胞 2、把精子输送到体外的管道是（） A.输精管 B.精囊腺 C.输精管和附睾 D.附睾 3、睾丸的主要功能是（） A.只产生精子 B.产生精子和分泌雄性激素 C.储存精子 D.只分泌雄性激素 4、人的受精过程是指（） A.精子与卵细胞结合 B.产生精子和卵细胞的过程 C.精子进入输卵管 D.受精卵进入 子宫 5、人体发育的整个过程的起. 点是( ) A.受精卵 B. 胎儿 C.婴儿 D.卵细胞 6、胚胎发育的场所是（) A .卵巢 B.子宫 C.输卵管 D.阴道 7、人体内卵细胞与精子结合的场所是（） A .卵巢 B.子宫C. 输卵管D.阴道 8、产生卵细胞、形成受精卵及胚胎发育的场所分别是（） A.卵巢、子宫、子宫 B. 卵巢、子宫、阴道 C.输卵管、子宫、卵巢 D. 卵巢、输卵管、子宫 9、胎儿不能进行的生理活动是（）
农业生物技术学报Journal of Agricultural Biotechnology 2004,12(6):648~652 *基金项目：国家自然科学基金项目（No.39970363）、教育部重大项目(No.03160)和国家重点基础研究发展规划（973）项目（No.G1999054300）资助。董武子：（1969年生），男，讲师，博士研究生。E-mail:
第2节人的生殖与发育 人的生殖系统 1.男性生殖系统 男性生殖系统主要由睾丸、附睾、输精管、精囊腺、前列腺、阴茎和阴囊组成。 (1)睾丸:男性的主要性器官,也是男性的性腺。具有产生和分泌 的作用。 (2)附睾:贮存和输送的作用。 (3)输精管:输送精子的作用。 (4)阴茎:排尿和排出精子的通道。 2.女性生殖系统 女性生殖系统主要由卵巢、输卵管、子宫、阴道等器官组成。 (1)卵巢:女性的主要性器官,也是女性的性腺。能够产生和分泌 与孕激素。 (2)输卵管:输送的作用,同时还是的场所。 (3)子宫: 生长发育的场所。 (4)阴道:分娩胎儿和排出月经的通道。 例1人的生殖系统中,能够产生生殖细胞的器官是………………………………( ) A.阴囊和阴道 B.睾丸和卵巢 C.附睾和子宫 D.输精管和输卵管 生殖过程
1.受精: 和相融合的过程叫受精。卵细胞由卵巢中排出以后,进入输卵管,精子依靠它本身的运动,可以经过子宫腔到达输卵管,这时如果精子和卵细胞相遇,就有可能受精。受精时一般只有个精子进入卵细胞,与卵细胞核融合形 成,其他精子则逐步萎缩或溶解。 2.怀孕:受精卵不断地进行细胞分裂,逐渐发育成,胚泡缓缓地移动到子宫中,最终植入,就好比一粒种子落在了土壤中,这就是怀孕。 3.胚胎发育:卵细胞受精以后即开始分裂、发育,形成胚泡,发育成囊胚后植入子宫内膜中,吸收母体的营养,继续发育。经过约两个月左右的发育,胚胎的外形已经像人了,可称为。 胎儿生活在子宫内半透明的液体——中,通过从母体获得营养和排出废物。脐带是连接胎儿脐部与胎盘之间的一条索状物,是胎儿与母体之间输送营养物质、氧气和废物的通道。胎盘是胎儿与母体之间进行气体交换和物质交换的重要器官。 4.分娩:成熟的胎儿和胎盘从母体的排出,这个过程叫分娩。 例2生命给了我们太多的惊奇,从受精卵发育成青春靓丽的中学生经过了许多驿站,其中受精和胎儿形成的场所分别是………………………………………………………( ) A.卵巢子宫 B.输卵管子宫 C.卵巢输卵管 D.输卵管卵巢 青春期的生长发育 人的发育可分为从在母体内发育为成熟的和从婴儿出生发育到个体成熟两个阶段。其中青春期是一个重要时期,是从童年到的过渡阶段,是生殖器官开始发育到的阶段,在生理和心理上都会出现很大的变化。
题目：秀丽线虫生殖细胞凋亡检测 一．实验目的: 1.掌握检测凋亡细胞的方法 2.学习使用荧光染料活体染色的方法和步骤 二．实验原理 1.秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）：是一种无毒无害、可 以独立生存的线虫。其个体小，成体仅 1.5mm长，为雌雄同体（hermaphrodites），雄性个体仅占群体的0.2%，可自体受精或双性生殖；在20℃下平均生活史为3.5天，平均繁殖力为300-350个；但若与雄虫交配，可产生多达1400个以上的后代。1976年，Sulston和Horvitz利用秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）研究发现，其约13%的体细胞在胚胎发育中注定死亡，使得人们认识到细胞凋亡的遗传基础。 2.荧光染料活体染色：本实验使用吖啶橙（Acridine orange）作为 染色剂，该染料对细胞具有慢性毒性，致癌性强，由于凋亡细胞因DNA片段化可结合更多染料，荧光显微镜下呈亮绿色，可在荧光显微镜下快速方便的检测出，适用于多数品系。 三．实验材料及设备
1.实验材料： a)各品系秀丽隐杆线虫：N2（实验组）, ced-1::gfp（方法对照组），ced- 3（阴性对照） b)OP50 c)M9培养基 d)NGM培养基 2.实验设备： a)普通光学显微镜 b)载玻片若干，盖玻片若干，铂金丝 c)暗箱 d)吸水纸、滴管等 e)荧光显微镜 四．实验方法及步骤 1.线虫接种、同步化 2.取样：在12孔板培养板上，每孔吸取900μL预先接入少量OP50 的M9培养基，每孔用铂金丝挑取培养20~30条成体线虫 3.染色：向N2与ced-3品系中每孔加入250μg/mL吖啶橙100μL, 混匀后置于培养箱（避光）染色45~60min。 4.方法对照组观察：向ced-1::GFP品系中加入1滴盐酸左旋咪唑， 麻痹线虫后在荧光显微镜下观察。
生物圈中的人：人的生殖与发育 营养物质 班级 姓名 目 标：1．概述男、女生殖系统的结构和功能。 2、描述受精和胚胎发育过程。 3、描述青春期的发育特点，养成青春期的卫生保健习惯。 4、说出人体需要的主要营养物质。 学习过程： 一、熟悉考标并完成有关知识的整理与归纳： 1、说出男女生殖系统的组成及其主要功能，描述受精过程和胚胎发育过程。 2 说出青春期发育的特点,养成卫生保健习惯 (1) 说出青春期发育的特点 A 形态结构发育的特点：身高和体重的突然而迅速的增加 女性：生殖器官发育成熟，出现 。 生殖器官发育 B 性发育特点 男性：生殖器官发育成熟，出现 。 女性： ,声调较高 第二性征的出现 男性：胡须生长,喉结突出,声音变粗, 声调较 。 C 功能发育特点：肌肉的力量突增，心脏的收缩能力大大提高，肺活量显著增大，脑的内部结构和功能不断分化和发展，调节功能大大增强。 （2）青春期卫生保健：青春期卫生是青少年身体、心理健康发展的基本保证。 3、说出人体需要的主要营养物质
二、例题解析： 【例1】胚胎发育成胎儿所需的营养物质，主要来源于( ) A．母体B．受精卵C．卵黄D．胚胎自身 【例2】下列关于青春期发育特点的叙述中，不正确的是( ) A．身高突增，心脏、肺功能增强B．脑的重量显著增加，身体长胖 C．男孩出现遗精，女孩会来月经D．愿意与异性接近，对异性产生朦胧的依恋 【例3】和尚食素却没有患夜盲症，这是因为： A 蔬菜中富含维生素A B 米饭中富含维生素A C水果中富含维生素C D 蔬菜中富含的胡萝卜素在体内可以转化成维生素A 三、课堂演练 1．男性和女性的主要性器官分别是( ) A．睾丸和卵巢B．阴茎和阴道 C．精囊腺和输卵管 D．前列腺和子宫 2．人的胚胎发育开始于( ) A．卵细胞B．子宫内C．精子D．受精卵 3．关于胎儿获得营养物质的途径，正确的是( ) A．脐带—胎盘—母体—胎儿B．母体—胎盘—脐带—胎儿 C．胎盘—脐带—母体—胎儿D．母体—脐带—胎盘—胎儿 四、满分冲刺演练 1、身高突增和性器官迅速发育是青春期的显著特点，分析图1中的曲线，可知：男孩比女孩进入青春期1—2年；请根据图1的曲线变化规律，判断出图2中A或B的结构名称。 2、下表列出了A、B、C、D、E5种食物（各100克）中除水和无机盐以外的主要成分： （）根据上表可知，防治坏血病最佳的食物是，防治夜盲症最佳的食物是。（2）从补充能量的角度看，较合适的食物选择是。 （3）如果有人长期食物D作为主要食物，容易患什么疾病？。 （4）正处于生长发育的青少年，应多食用C食物的理由是。 （5）食物A与B比较，对小孩骨骼与牙齿的发育比较有利的食物是。
人类的生殖和发育 婴儿的诞生 基础知识巩固 一、生殖系统的结构 1.人类的生殖系统分为_________生殖系统和_________生殖系统。 2.男性主要的性器官是_________，该器官也是男性的_________，其作用是能够产生_________和分泌_________。 3.女性主要的性器官是_________，该器官也是女性的_________，其作用是能够产生_________和分泌_________。 4.输卵管是输送_________的管道，也是_________的场所。子宫是孕育_________和定期发生的地方。 5.第一性征指的是男性与女性_________的差异，这是区别人类性别的主要依据。 二、受精作用 1.人的生殖是从生殖系统产生_________开始的。 2.男性的生殖细胞是_________；女性的生殖细胞是_________，直径约0.1毫米，含有丰富的_________，是人体内最大的细胞。 3.在_________处精子与卵细胞结合形成受精卵，完成受精作用。如果卵细胞没有受精，就会分解，同时_________脱落与部分血液由阴道流出，形成_________。 三、胚胎发育 1. _________是新生命的第一个细胞，其形成意味着_________的开始，其分裂标志着人类个体_________的开始。 2.受精卵在输卵管处形成后，边向_________移动，边进行_________，形成早期_________，此时胚胎发育所需要的营养来自卵细胞中的_________。胚胎进入子宫并埋入子宫内膜，这一过程称为_________，即_________。胚胎在母体子宫内继续发育，此时胚胎发育所需要的_________和_________通过_________、_________从母体里获得，同时把产生的二氧化碳等废物排到母体_________中，由母体排出体外。 青春期发育
第八章人的生殖和发育 第一节精卵结合孕育新的生命 1、男性生殖系统由哪些器官组成？男性生殖系统中的主要器官是什么？男性生殖系统主 要功能是什么？ 男性生殖系统由睾丸、输精管、前列腺、阴茎等器官组成。睾丸是男性生殖系统中的主要生殖器官。男性生殖系统具有产生精子、分泌雄性激素和把精子输送到女性的生殖器官——阴道中去等功能。 2、女性生殖系统由哪些器官组成？女性生殖系统中的主要器官是什么？女性生殖系统主 要功能是什么？ 女性生殖系统由卵巢、输卵管、子宫、阴道等器官组成。卵巢是女性生殖系统中的主要生殖器官。女性生殖系统具有产生卵子、分泌雌性激素、接受精子以及为受精卵和胚胎提供良好的发育环境等功能。 3、精子、卵子是由什么器官产生的？它们的活动有规律性吗？ 人的生殖细胞包括睾丸产生的精子和卵巢产生的卵子。有规律。 4、什么是受精作用？什么是受精卵？常用的节育方式是什么？ 卵子和精子结合的过程叫做受精作用。由卵子和精子结合而成的细胞叫做受精卵。结扎输卵管或输精管。 6、人的新生命的起点是在什么时候？受精卵进行细胞分裂的场所是什么？ 人的生命是宝贵的，新生命诞生的起点是精卵结合。受精卵开始进行细胞分裂的场所是输卵管。 第二节人生长发育和青春期 1、人的生长发育经历了哪几个时期？ 婴儿期（0~1岁）、幼儿期（2~6岁）、童年期（7~11岁）、青春期（12~23岁）。 2、青春期形体发育的特征是什么？青春期发育的突出特征是什么？ 青春期身高和体重的突然且迅速的增加会带来成长的喜悦；而一些生理现象，如男生开始有遗精、女生开始有月经等。 3、青春期性发育包括哪些？什么是第二特征？ 青春期的性发育包括生殖器官的生长发育和第二性征的发育。男性第二性征包括胡须生长、喉结突出、声音变粗、声调较低等；女性第二性征包括乳房增大、声音变细、声调变高等。 第三节人体概述 1、骨的成份包括无机物和有机物。无机物、有机物分别主要是什么？作用是什么？ 骨的成分包括无机物和有机物。无机物主要是钙盐，使骨脆硬；有机物主要包括蛋白质，使骨柔韧。 2、人体的各大系统在哪两系统的调节下形成一个复杂、协调、统一的整体？ 人体在神经系统、内分泌系统等的调节下，成为一个复杂、协调、统一的整体。
收稿日期：2014-07-14 *通信作者：E-mail: mfliu@https://www.doczj.com/doc/7310693087.html, PIWI/piRNA “机器”与雄性生殖细胞发育 戴 鹏，苟兰涛，刘默芳* (中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所，分子生物学国家重点实验室， 上海市分子男科学重点实验室，上海 200031) 摘要：PIWI (P-element-induced wimpy testis )蛋白在动物生殖系细胞中特异性表达，为动物生殖细胞发育分化所必需。piRNA (PIWI-interacting RNAs )是最近在动物生殖系细胞中发现的一类非编码小分子RNA ，这类小RNA 特异性地与PIWI 家族蛋白相互作用。 PIWI/piRNA “机器”通过沉默转座元件和调控编码mRNA 等方式在动物生殖细胞发育分化过程中发挥重要作用。本文围绕PIWI/piRNA “机器”的生物学功能及分子机制，对近期取得的相关研究进展进行了系统性总结。关键词：PIWI ；piRNA ；转座元件；精子发生 PIWI/piRNA machinery in spermatogenesis DAI Peng, GOU Lantao, LIU Mofang * (State Key Laboratory of Molecular Biology, Shanghai Key Laboratory of Molecular Andrology, Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China) Abstract: PIWI proteins are specifically expressed in animal germ cells, and have been well demonstrated to be essential for germline development and gametogenesis. Recently, PIWI-interacting RNAs (piRNAs), a novel class of germ-cell-specific small noncoding RNAs, have been found associated with PIWI proteins. PIWI/piRNA machinery silence transposable elements and regulate the expression levels of mRNAs during 刘默芳，女，博士，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研究员，博士生导师。2000年在中科院上海生化所获博士学位。2000年至2006年分别在美国国家健康研究院国立癌症研究所(NIH/NCI )、约翰霍浦金斯医学院从事博士后研究、研究助理工作。2006年起在中科院生化与细胞所工作。获得2013年度国家杰出青年科学基金和2006年度上海市“浦江人才计划”等支持。 刘默芳研究组从事非编码RNA 功能机制研究，主要围绕piRNA 与哺乳动物精子发生、microRNA 与人类癌症等开展较系统的探索。近期工作先后发现 小鼠piRNA 及其结合蛋白MIWI 在后期精子细胞中协同降解的调控机制(Dev Cell 2013)、小鼠粗线期piRNA 指导父本mRNA 在精子形成后期大规模降解 (Cell Res 2014)；同时还发现microRNA 在炎症相关肿瘤发生中具有极其重要的调控作用，是联系炎症-癌症的新介质因子(Cancer Res 2014；Cell Res 2014；EMBO J 2012；Cell Res 2012；Cancer Res 2010)。这些原创性研究成果揭示了小分子非编码RNA 的生理和病理功能机制, 可为男性不育症及肿瘤等疾病的诊治研究提供理论依据和相关基础。
生命科学学院专业生物技术 2016级生技班612组 姓名同实验者 2018年 4 月 23日 题目：秀丽线虫生殖细胞凋亡检测 一．实验目的: 1.掌握检测凋亡细胞的方法 2.学习使用荧光染料活体染色的方法和步骤 二．实验原理 1.秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）：是一种无毒无害、可 以独立生存的线虫。其个体小，成体仅 1.5mm长，为雌雄同体（hermaphrodites），雄性个体仅占群体的0.2%，可自体受精或双性生殖；在20℃下平均生活史为3.5天，平均繁殖力为300-350个；但若与雄虫交配，可产生多达1400个以上的后代。1976年，Sulston和Horvitz利用秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）研究发现，其约13%的体细胞在胚胎发育中注定死亡，使得人们认识到细胞凋亡的遗传基础。 2.荧光染料活体染色：本实验使用吖啶橙（Acridine orange）作为 染色剂，该染料对细胞具有慢性毒性，致癌性强，由于凋亡细胞因DNA片段化可结合更多染料，荧光显微镜下呈亮绿色，可在荧光显微镜下快速方便的检测出，适用于多数品系。
生命科学学院专业生物技术 2016级生技班612组 姓名同实验者 2018年 4 月 23日 三．实验材料及设备 1.实验材料： a)各品系秀丽隐杆线虫：N2（实验组）, ced-1::gfp（方法对照组），ced- 3（阴性对照） b)OP50 c)M9培养基 d)NGM培养基 2.实验设备： a)普通光学显微镜 b)载玻片若干，盖玻片若干，铂金丝 c)暗箱 d)吸水纸、滴管等 e)荧光显微镜 四．实验方法及步骤 1.线虫接种、同步化 2.取样：在12孔板培养板上，每孔吸取900μL预先接入少量OP50 的M9培养基，每孔用铂金丝挑取培养20~30条成体线虫 3.染色：向N2与ced-3品系中每孔加入250μg/mL吖啶橙100μL, 混匀后置于培养箱（避光）染色45~60min。
第八章第二节人的生殖与发育（第一课时） 教学目标：知道男性和女性生殖系统的组成；睾丸的功能；卵巢的功能；受精的概念；胚胎在母体内发育的过程。 认知目标：1.说出人体生殖系统的结构和功能； 2.知道受精的过程，并明白受精的实质，懂得受精卵的形成是新生命诞生的开 端。 3.初步了解胚胎发育、分娩和哺乳的基本过程； 4.了解人的胚胎在发育过程中与母体进行物质交换的途径。 技能目标：1.学会读图，从中获取相关的知识信息； 2.能利用所学知识解决日常生活中所遇到的问题； 3.培养科学解释和评价人生殖过程的能力。 情感目标：1.通过介绍生男生女的奥秘、胎儿形成的原因等知识，培养学生学习科学的兴趣； 2.受精卵的形成是新生命诞生的开端，使学生明白严肃对待两性行为应该是终 身遵循的道德规范，建立正确健康的性道德观念； 3.通过介绍母亲十月怀胎并分娩诞生新生命的过程，使学生体验生命的珍贵、 母亲的伟大。 教学过程： 引入：在大家小的时候，我们可能都会问妈妈：“我是从哪里来的呢？”当时妈妈会告诉你：“你是从妈妈的肚子里来的。”你可能还不明白：“那我怎么跑进妈妈的肚子里的呢？” 妈妈会说：“等你长大了，你就会明白了。”现在就是你应该明白的时候了。 正式：我们人和动物一样，生长发育到一定的时候，能够产生与自己相似的子女，这个过程我们称之为生殖。人类生殖是通过男性和女性的生殖器官活动来实现的。这些器官组成了生殖系统。它们的活动包括生殖细胞的形成、交配和受精过程，以及胚胎发育、分娩等重要阶段。 那么首先我们来了解一下人类的生殖系统，它和我们之前学过的动物有那些相同点和不同点。 一、人的生殖系统 教师：人作为高等动物，他的生殖器官组成的生殖系统是雌雄异体还是雌雄同体的？ 学生回答：（雌雄异体） 教师：那么大家知道我们人类男性和女性的生殖器官吗？（展现图片，小组讨论，让学生分析图片中男性与女性的生殖器官，了解他们熟知的程度）最后老师总结归纳： 1.男性生殖器官及功能： 外生殖器：阴茎和阴囊； 内生殖器：睾丸：产生精子和分泌雄性激素； 附睾：储存精子的场所； 输精管：输送精子的管道； 精囊腺和前列腺：分泌粘性液体，以便精子运动。 2.女性生殖器官和功能 外生殖器：大阴唇、小阴唇和阴蒂 内生殖器：卵巢：左右各一个，产生卵子和分泌雌性激素，每月排卵一次，每次一个； 输卵管：与卵巢相连，可以把卵细胞推进到子宫内； 子宫：像倒放的梨，是孕育胎儿的场所；