Information

43.5A: Befruktning - biologi

43.5A: Befruktning - biologi


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.

Vid befruktning binder spermierna till ägget, vilket gör att deras membran smälter samman och spermierna kan överföra sin kärna till ägget.

Inlärningsmål

  • Beskriv befruktningsprocessen

Nyckelord

  • Ett däggdjursägg är täckt av ett lager av glykoproteiner som kallas zona pellucida, som spermierna måste penetrera för att befrukta ägget.
  • Vid bindning till ägget initierar spermierna akrosomreaktionen, där den frigör matsmältningsenzymer som bryter ner zona pellucida, vilket gör att spermas plasmamembran kan smälta ihop med äggets.
  • Vid sammansmältning av de två plasmamembranen kommer spermiens kärna in i ägget och smälter ihop med äggets kärna.
  • Både spermierna och ägget innehåller vardera hälften av det normala antalet kromosomer, så när de smälter samman är den resulterande zygoten en diploid organism med en komplett uppsättning kromosomer.
  • När ägget framgångsrikt befruktas frigör det proteiner som hindrar det från att befruktas av en annan spermie, ett tillstånd som kallas polyspermi.

Nyckelbegrepp

  • befruktning: handlingen att befrukta eller impregnera animaliska eller vegetabiliska könsceller
  • zona pellucida: ett glykoproteinmembran som omger plasmamembranet i en oocyt
  • akrosom: en struktur som bildar änden av huvudet på en spermier
  • polyspermi: penetration av ett ägg av mer än en spermie

Befruktning

Befruktning är den process där gameter (ett ägg och spermier) smälter samman för att bilda en zygot. Ägget och spermierna är haploida, vilket innebär att de alla innehåller en uppsättning kromosomer; vid befruktning kommer de att kombinera sitt genetiska material för att bilda en zygot som är diploid, med två uppsättningar kromosomer. En zygot som har mer än två uppsättningar kromosomer kommer inte att vara livskraftig; därför, för att säkerställa att avkomman bara har två uppsättningar kromosomer, måste endast en spermie smälta samman med ett ägg.

Hos däggdjur skyddas ägget av ett lager av extracellulär matris som huvudsakligen består av glykoproteiner som kallas zona pellucida. När en sperma binder sig till zona pellucida sker en serie biokemiska händelser, kallade akrosomalreaktionen. Hos placenta däggdjur innehåller akrosomen matsmältningsenzymer som initierar nedbrytningen av glykoproteinmatrisen som skyddar ägget och låter spermiernas plasmamembran smälta samman med äggets plasmamembran. Sammanslagningen av dessa två membran skapar en öppning genom vilken spermiekärnan överförs till ägget. Fusion mellan oocytplasmamembranet och spermier följer och gör att spermikärnan, centriolen och flagellum, men inte mitokondrierna, kan komma in i äggcellen. Äggets och spermiernas nukleära membran bryts ner och de två haploida genomerna kondenserar för att bilda ett diploid genom. Denna process leder i slutändan till bildandet av en diploid cell som kallas en zygot. Zygoten delar sig för att bilda en blastocyst och, när de kommer in i livmodern, implantat i endometrium, börjar graviditeten.

Befruktningsprocessen: (a) Befruktning är den process där spermier och ägg smälter samman för att bilda en zygot. (b) Akrosomala reaktioner hjälper spermierna att bryta ned glykoproteinmatrisen som skyddar ägget och låter spermierna överföra sin kärna.

För att säkerställa att inte mer än en sperma befruktar ägget, när de akrosomala reaktionerna äger rum på en plats i äggmembranet, frigör ägget proteiner på andra platser för att förhindra att andra spermier smälter ihop med ägget. Om denna mekanism misslyckas, kan flera spermier smälta samman med ägget, vilket resulterar i polyspermi. Det resulterande embryot är inte genetiskt livskraftigt och dör inom några dagar.


43.6 Befruktning och tidig embryonal utveckling

I slutet av det här avsnittet kommer du att kunna göra följande:

  • Diskutera hur befruktning sker
  • Förklara hur embryot bildas från zygoten
  • Diskutera klyvningens och gastruleringens roll i djurens utveckling

Processen där en organism utvecklas från en encellig zygot till en flercellig organism är komplex och välreglerad. De tidiga stadierna av embryonal utveckling är också avgörande för att säkerställa organismens lämplighet.

Befruktning

Befruktning, avbildad i figur 43.23a är processen där könsceller (ett ägg och spermier) smälter samman för att bilda en zygot. Ägget och spermierna innehåller var och en en uppsättning kromosomer. För att säkerställa att avkomman bara har en komplett diploid uppsättning kromosomer måste endast en sperma smälta ihop med ett ägg. Hos däggdjur skyddas ägget av ett lager av extracellulär matris som huvudsakligen består av glykoproteiner som kallas zona pellucida. När en sperma binder till zona pellucida sker en serie biokemiska händelser, kallade akrosomala reaktioner. Hos placentaldäggdjur innehåller akrosomen matsmältningsenzymer som initierar nedbrytningen av glykoproteinmatrisen som skyddar ägget och låter spermiplasmamembranet smälta ihop med äggplasmamembranet, som illustreras i figur 43.23b. Fusionen av dessa två membran skapar en öppning genom vilken spermiekärnan överförs till ägget. Äggets och spermiernas nukleära membran bryts ner och de två haploida genomerna kondenserar för att bilda ett diploid genom.

För att säkerställa att inte mer än en spermie befruktar ägget, när de akrosomala reaktionerna äger rum på en plats av äggmembranet, släpper ägget proteiner på andra platser för att förhindra att andra spermier smälter samman med ägget. Om denna mekanism misslyckas kan flera spermier smälta ihop med ägget, vilket resulterar i polyspermi. Det resulterande embryot är inte genetiskt livskraftigt och dör inom några dagar.

Klyvning och Blastula Stage

Utvecklingen av flercelliga organismer börjar från en encellig zygot, som genomgår snabb celldelning för att bilda blastula. De snabba, flera omgångarna av celldelning kallas klyvning. Klyvning illustreras i (Figur 43.24a). Efter att klyvningen har producerat över 100 celler kallas embryot för en blastula. Blastula är vanligtvis ett sfäriskt cellskikt (blastoderm) som omger en vätskefylld eller äggulefylld kavitet (blastocoel). Däggdjur i detta skede bildar en struktur som kallas blastocysten, kännetecknad av en inre cellmassa som skiljer sig från den omgivande blastula, som visas i figur 43.24b. Under klyvningen delar sig cellerna utan en ökning i massa, det vill säga en stor encellig zygot delar sig i flera mindre celler. Varje cell i blastula kallas en blastomer.

Klyvning kan ske på två sätt: holoblastisk (total) klyvning eller meroblastisk (partiell) klyvning. Typen av klyvning beror på mängden äggula i äggen. Hos placentaldäggdjur (inklusive människor) där näring tillhandahålls av moderns kropp har äggen en mycket liten mängd äggula och genomgår holoblastisk klyvning. Andra arter, som fåglar, med mycket äggula i ägget för att ge näring åt embryot under utvecklingen, genomgår meroblastisk klyvning.

Hos däggdjur bildar blastula blastocysten i nästa utvecklingsstadium. Här ordnar cellerna i blastula sig i två lager: den inre cellmassan och ett yttre skikt som kallas trofoblast. Den inre cellmassan är också känd som embryoblasten och denna cellmassa fortsätter att bilda embryot. På detta utvecklingsstadium, illustrerat i figur 43.25, består den inre cellmassan av embryonala stamceller som kommer att differentieras till de olika celltyper som organismen behöver. Trofoblasten kommer att bidra till moderkakan och ge näring åt embryot.

Länk till lärande

Besök projektet Virtual Human Embryo på webbplatsen Endowment for Human Development för att gå igenom en interaktiv som visar stadierna av embryoutveckling, inklusive mikrografer och roterande 3D-bilder.

Gastrulation

Den typiska blastula är en boll av celler. Nästa steg i embryonal utveckling är bildandet av kroppsplanen. Cellerna i blastula ordnar om sig rumsligt för att bilda tre lager av celler. Denna process kallas gastrulation. Under gastrulering viker blastula sig själv för att bilda de tre cellskikten. Var och en av dessa lager kallas ett groddskikt och varje groddskikt skiljer sig åt i olika organsystem.

De tre könsskikten, som visas i figur 43.26, är endoderm, ektoderm och mesoderm. Ektodermen ger upphov till nervsystemet och epidermis. Mesoderm ger upphov till muskelcellerna och bindväven i kroppen. Endoderm ger upphov till kolonnceller som finns i matsmältningssystemet och många inre organ.

Vardaglig anslutning

Finns designerbebisar i vår framtid?

Om du kunde hindra ditt barn från att få en förödande genetisk sjukdom, skulle du göra det? Skulle du välja ditt barns kön eller välja deras attraktivitet, styrka eller intelligens? Hur långt skulle du gå för att maximera risken för resistens mot sjukdomar? Gentekniken av ett mänskligt barn, produktionen av "designerbebisar" med önskvärda fenotypiska egenskaper, var en gång ett ämne begränsat till science fiction. Så är fallet inte längre: science fiction överlappar nu till vetenskapliga fakta. Många fenotypiska val för avkommor finns redan tillgängliga, med många fler som sannolikt är möjliga inom en inte alltför avlägsen framtid. Vilka egenskaper som ska väljas och hur de ska väljas är ämnen för mycket debatt inom det globala medicinska samhället. Den etiska och moraliska gränsen är inte alltid tydlig eller överenskommen, och vissa fruktar att modern reproduktionsteknik kan leda till en ny form av eugenik.

Eugenik är användningen av information och teknik från en mängd olika källor för att förbättra den mänskliga rasens genetiska sammansättning. Målet att skapa genetiskt överlägsna människor var ganska vanligt förekommande (även om det var kontroversiellt) i flera länder under början av 1900 -talet, men förföll när Nazityskland utvecklade ett omfattande eugenikprogram på 1930- och 40 -talen. Som en del av sitt program steriliserade nazisterna hundratusentals av de så kallade "olämpliga" och dödade tiotusentals institutionellt funktionshindrade som en del av ett systematiskt program för att utveckla en genetiskt överlägsen ras av tyskar som kallas arier. Ända sedan dess har eugeniska idéer inte kommit till lika offentliga uttryck, men det finns fortfarande de som främjar dem.

Tidigare har ansträngningar gjorts för att kontrollera egenskaper hos mänskliga barn med hjälp av donerade spermier från män med önskade egenskaper. Faktum är att eugenicisten Robert Klark Graham etablerade en spermibank 1980 som inkluderade prover uteslutande från givare med hög IQ. Den "geniala" spermbanken lyckades inte fånga allmänhetens fantasi och operationen stängdes 1999.

På senare tid har förfarandet som kallas prenatal genetisk diagnos (PGD) utvecklats. PGD ​​innebär screening av mänskliga embryon som en del av processen in vitro befruktning, under vilken embryon uppfattas och odlas utanför moderns kropp under en viss tid innan de implanteras. Termen PGD syftar vanligtvis på både diagnos, urval och implantation av de utvalda embryona.

I den minst kontroversiella användningen av PGD testas embryon för förekomsten av alleler som orsakar genetiska sjukdomar som sicklecellssjukdom, muskeldystrofi och hemofili, där en enda sjukdomsframkallande allel eller par av alleler har identifierats. Genom att utesluta embryon som innehåller dessa alleler från implantation i modern, förhindras sjukdomen, och de oanvända embryona antingen doneras till vetenskapen eller kasseras. Det finns relativt få i det världsomspännande medicinska samfundet som ifrågasätter etiken i denna typ av förfarande, vilket gör att individer som är rädda för att skaffa barn på grund av de alleler de bär på att göra det framgångsrikt. Den största begränsningen för detta förfarande är dess kostnad. Vanligtvis inte täckt av sjukförsäkring och därmed utom räckhåll ekonomiskt för de flesta par, bara en mycket liten andel av alla levande födda använder sådana komplicerade metoder. Ändå, även i fall som dessa där de etiska frågorna kan tyckas vara tydliga, håller inte alla med om moralen i dessa typer av förfaranden. Till exempel, för dem som intar den ståndpunkten att människoliv börjar vid befruktningen, är kassering av oanvända embryon, ett nödvändigt resultat av PGD, under alla omständigheter oacceptabelt.

En grumligare etisk situation återfinns i valet av ett barns kön, vilket enkelt utförs av PGD. För närvarande har länder som Storbritannien förbjudit valet av ett barns kön av andra skäl än att förebygga könsrelaterade sjukdomar. Andra länder tillåter förfarandet för "familjebalansering", baserat på önskan från vissa föräldrar att få minst ett barn av varje kön. Ytterligare andra, däribland USA, har tagit ett spridande tillvägagångssätt för att reglera dessa metoder, i huvudsak lämnat det till den enskilda praktiserande läkaren att avgöra vilka metoder som är acceptabla och vilka som inte är det.

Ännu grumligare är sällsynta fall av funktionshindrade föräldrar, till exempel de med dövhet eller dvärgväxt, som väljer embryon via PGD för att säkerställa att de delar sin funktionsnedsättning. Dessa föräldrar brukar nämna många positiva aspekter av sina funktionshinder och tillhörande kultur som skäl för sitt val, vilket de ser som sin moraliska rättighet. För andra att avsiktligt orsaka funktionshinder hos ett barn bryter mot den grundläggande medicinska principen Primum non nocere, "först skada inte." Detta förfarande, även om det inte är olagligt i de flesta länder, visar komplexiteten i etiska frågor i samband med att välja genetiska egenskaper hos avkommor.

Vart kan denna process leda? Kommer denna teknik att bli billigare och hur ska den användas? Med teknikens förmåga att utvecklas snabbt och oförutsägbart kan brist på slutgiltiga riktlinjer för användning av reproduktionsteknik innan de uppstår göra det svårt för lagstiftare att hålla jämna steg när de faktiskt är insatta, förutsatt att processen överhuvudtaget kräver någon offentlig reglering . Andra bioetiker hävdar att vi bara bör ta itu med teknologier som finns nu, och inte i någon osäker framtid. De hävdar att dessa typer av procedurer alltid kommer att vara dyra och sällsynta, så rädslan för eugenik och "mästarraser" är ogrundade och överdrivna. Debatten fortsätter.


Introduktion

Oogenes i ormbunkar, inklusive Pteridium aquilinum (Bell och Mühlethler 1962a, f Bell och Duckett 1976), Histiopteris incisa (Bell 1980), Osmunda cinnamomea var. asiatica (Bao et al. 2003) och Dryopteris crassirhizoma (Bao et al. 2005), har undersökts. Dessa undersökningar avslöjade att ägget från homosporösa ormbunkar är omgivet av ett iögonfallande extra äggmembran. Samma struktur har betraktats som en ventrikel, som täcker äggets ovansida, i ormbunken Athyrium filix-femina (Fasciati et al. 1994) och Ceratopteris richardii (Lopez-Smith och Renzaglia 2008). Det extra äggmembranet ansågs vara bildat av material som härrörde från ägget (Cave and Bell 1974 Bell och Duckett 1976 Bell 1986 Bao et al. 2003, 2005). Vi avslöjade tidigare att den extra ägghinnan av Ceratopteris thalictroides bildas av ark av ER (Cao et al. 2008). I det övre extra äggmembranet finns en befruktningspore genom vilken spermierna kan tränga in i ägget (Cao et al. 2009), men bildningsprocessen för denna befruktningspor var oklar. Här beskriver vi i detalj bildandet av befruktningsporen under oogenes av ormbunken C. thalictroides. Och det ontogenetiska förhållandet mellan den ventrala kanalcellen och ägget i oogenes rapporteras för första gången. De cytologiska egenskaperna hos de celler som deltar i oogenes beskrivs. Dessa cellers funktioner i oogenes diskuteras också.


Självbefruktning

Våra redaktörer kommer att granska vad du har skickat in och avgöra om artikeln ska ändras.

Självbefruktningfusion av manliga och kvinnliga gameter (könsceller) producerade av samma individ. Självbefruktning sker hos bisexuella organismer, inklusive de flesta blommande växter, många protozoer och många ryggradslösa djur. Autogami, produktion av könsceller genom delning av en ensamföräldercell, finns ofta i encelliga organismer som protozoer Paramecium. Dessa organismer kan emellertid också föröka sig med hjälp av konjugation, där korsbefruktning uppnås genom utbyte av genetiskt material över en cytoplasmatisk brygga mellan två individer. Likaså bland högre växter, varav de flesta är enhudiga (d.v.s. bisexuella - manliga och kvinnliga könsceller som produceras av samma individ), är de flesta självpollinerande arter också kapabla till korsbefruktning, och även de som är obligatoriska självgödningsmedel korspollineras ibland av en slump. Hermafroditiska djur (de där både manliga och kvinnliga könskörtlar bärs på en individ) är sällan kapabla till självbefruktning, eftersom många sådana arter har anpassningar som uppmuntrar korsbefruktning.

Som en evolutionär och reproduktiv mekanism tillåter självbefruktning en isolerad individ att skapa en lokal population och stabiliserar önskvärda genetiska stammar, men den misslyckas med att ge en betydande grad av variation inom en population och begränsar därmed möjligheterna till anpassning till miljöförändringar.


Befruktningens biologi

Fertilization Biology, Volume 1: Model Systems and Oogenesis är den första i en serie med tre volymer som samlar olika forskningslinjer om reproduktion i allmänhet och befruktning i synnerhet. Kunskapen om cellbiologi, immunbiologi, biokemi, biofysik och molekylär genetik har gått betydligt längre än vår förståelse av vissa aspekter av befruktning. Komponenterna i dessa utgör & quot & quot-modellsystem. & Quot & quot Boken innehåller 12 kapitel organiserade i två sektioner. Avsnitt I inkluderar studier om evolution, reproduktionsframgång och odödlighet hos könslinjen, strukturerna och mekanismerna involverade i befruktningsproblem och befruktning i Paramecium. Avsnitt II om oogenes inkluderar studier om könsdifferentiering könsbestämande roll för HY-antigenet hos däggdjur och icke-däggdjur mekanismen för sjöstjärnans oocytmognad meiotisk arrestering i djurocyter och de mitotiska och meiotiska aspekterna av däggdjurs könscells livscykel.

Fertilization Biology, Volume 1: Model Systems and Oogenesis är den första i en serie med tre volymer som samlar olika forskningslinjer om reproduktion i allmänhet och befruktning i synnerhet. Kunskap om cellbiologi, immunobiologi, biokemi, biofysik och molekylär genetik har gått väsentligt bortom vår förståelse av vissa aspekter av befruktning. Komponenterna i dessa utgör & quot & quot-modellsystem. & Quot & quot Boken innehåller 12 kapitel organiserade i två sektioner. Avsnitt I innehåller studier om evolution, reproduktiv framgång och odödlighet hos groddarna, strukturer och mekanismer som är involverade i befruktningsproblem och befruktning i Paramecium. Avsnitt II om oogenes inkluderar studier av könsbestämmande könsbestämmande roll för H-Y-antigenet hos däggdjur och icke-däggdjur, mekanismen för sjöstjärns oocytmognads meiotiska stopp i djuroocyter och de mitotiska och meiotiska aspekterna av däggdjurs könscellslivscykel.


Pythium: Habitat, symtom och reproduktion | Mastigomycotina

I den här artikeln kommer vi att diskutera om Pythium. Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om: 1. Habit och livsmiljö för Pythium 2. Symtom på Pythium 3. Vegetativ struktur 4. Reproduktion 5. Orsakade sjukdomar 6. Kontrollåtgärder.

  1. Habit och livsmiljö för Pythium
  2. Symtom på Pythium
  3. Vegetativ struktur av Pythium
  4. Reproduktion i Pythium
  5. Sjukdomar orsakade av Pythium
  6. Kontrollåtgärder för Pythium

1. Habit och livsmiljö för Pythium:

Släktet representeras av cirka 92 arter som är kosmopolitiska i distributionen. Arten kan vara vattenlevande, markbundna eller amfibiska i livsmiljöer. Omkring 28 arter av Pythium har rapporterats från Indien. Svampen är fakultativ parasit och lever saprofytiskt på fuktig humus i marken och angriper plantor på marknivå. Därefter lever den som parasit.

Den växer också lätt på flytande vegetabiliskt material och ruttnande djur. “Dämpning av ”, “Mjuk röta ”, “Vetrötning ”, eller “fotröta ” hos plantorna är vanliga sjukdomar som orsakas av svampen. P. debaryanum orsakar “dämpning av sjukdomar hos tobak, senap, chili och krasseplantor. Överdriven fukt, förekomst av för mycket sönderfallande material i jorden, överbelastning av plantorna och otillräcklig exponering för luft och ljus är de predisponerande orsakerna till att denna sjukdom uppstår.

2. Symptom på Pythium:

Unga plantor påverkas nära marknivån. Inledningsvis märks inga yttre symtom på dess närvaro på värden, men efter att den har fått ett stadigt fäste blir plantorna ljusgröna och visar en svag, skrumpna gördel av brun färg på stjälken nära markytan.

Vid denna tidpunkt dödas kortikala celler vilket gör vävnaden svag. De infekterade vävnaderna verkar mjuka och vattendränkta. Infekterade plantor kollapsar. Plantans övre del böjer eller välter på ett karakteristiskt sätt (fig. 1). Detta märkliga symptom på sjukdom är känt som “dämpning ”.

Sjukdomen uppträder i två steg:

1. Fas före uppkomst:

Unga plantor dödas innan de kommer upp ur jorden.

2. Fas efter uppkomst:

Toppling över de infekterade plantorna efter att de kommit ut från markytan.

3. Vegetativ struktur av Pythium:

Mycelet ser ut som en vit, fluffig massa. Den är välutvecklad, grenad, inter- eller intracellulär (Fig. 1A B), multinukleär och utan septa (koenocytisk). Haustoria produceras inte. Matmaterial absorberas hyfväggar. Septa uppträder endast i samband med könsorganbildningen. Cellväggen saknar kitin och består istället av glukan och cellulosa.

Cellväggen omsluter vakuolerad cytoplasma, mitokondrier, en kärna, endoplasmatisk retikulum, ribosomer, oljekulor och glykogen i form av reservmat. De grenade hyferna liknar mycket filamenten från Vaucheria, en medlem av Chlorophvceae.

4. Reproduktion i Pythium:

Svampen reproduceras med asexuella och sexuella metoder.

(i) Asexuell reproduktion:

Asexuell reproduktion sker genom bildandet av sporangier. Sporangia kan vara terminal (fig. 3 A, B) eller interkalär i läge och produceras på antennhyferna. Det finns inga specialiserade sporangioforer för att producera sporangier. Den terminala eller interkalära positionen för en hyfa förstoras och blir sfärisk och börjar fungera som sporangial initial.

Det skärs av från resten av mycelet av en tvärgående septum. Sporangia är flerkärniga och kan vara filamentösa, rörformiga eller klotformade. Sporangia gror indirekt eller direkt. Indirekt groning. Under gynnsamma förhållanden (hög luftfuktighet) beter sig sporangier som zoosporangia. Och producera zoosporer. Sporangium gror genom bakterierör eller genom att bilda en hyfa. Båda slutar i en tunnväggig vesikel (Fig. 3 C).

Klyvningen av cytoplasman för att bilda zoosporer börjar inom sporangiet men fullbordas i vesikeln (Fig. 3 D). Åtta-tjugo zoosporer bildas i blåsan. Erikelväggen spricker som en tvålbubbla och zoosporerna rör sig i alla riktningar (fig. 3 E).

Zoosporerna eller Reni bildar, unnucleate och biflagellate (Fig. 3 E). En flagell är av glittertyp och den andra är av whiplashtyp (Fig. 3 E). Flageller sätts in i sidled i depressionen. Zoosporerna simmar bara en kort stund och kommer till vila.

De drar tillbaka flageller, avrundar och uppsluter genom att utsöndra en ömtålig vägg runt sporangial spridning, dvs bildandet av sekundära sporangier från den primära (t.ex. P. proliferum Fig. 3. F, G) och igen bildas zoosporer från de encysteda zoosporerna också rapporterats. Groddrör utvecklas från den inkapslade zoosporen som infekterar värden genom att gå in genom stomata eller genom att direkt återföra värdens epidermala celler.

Under ogynnsamma förhållanden (torra förhållanden) beter sig sporangierna som konidier och kallas för conidiosporangia. Den producerar inga zoosporer utan gror direkt för att bilda ett groddrör.

(ii) Sexuell reproduktion:

Sexuell reproduktion är ögamässig och förekommer under ogynnsamma förhållanden i slutet av svampens växtsäsong. Pythium är homothalliskt, dvs. manliga och kvinnliga könsorgan utvecklas i närheten av varandra antingen på samma eller olika hyfa inbäddade i värdvävnaden. Vissa arter är dock eterotaliska t.ex. P. heterothalicum, P. sylvaticum. Manliga och kvinnliga könsorgan kallas anthcridia respektive oogonia.

Antheridium:

Varje antheridium är klubbformat, paragynöst (närvarande vid sidan av archegonium) och multinucleate. Den uppstår som en gren av oogoniets stjälk (monoklin) eller på separata hyfer (diklinös). Hangren blir något uppblåst i spetsarna.

En tvärgående septum uppträder mellan den uppblåsta delen och resten av hyfan (fig. 4 A-D). Den uppblåsta delen kallas antheridium. Vid mognad degenererar alla anteridiala kärnor utom en och den överlevande kärnan kallas funktionell kärna (Fig. 4 E). Många antheridia 1-6) ses ibland i samband med ett oogonium.

Det är en klotformad, sfärisk struktur med slät vägg. Den utvecklas vid spetsen av hyfan (terminalen) (fig. 4, A-D). Ibland är det också intercalary i position. Spetsen på hyfan sväller upp och den skärs snart av från den huvudsakliga hyfan genom bildandet av ett septum.

Vid mognad är dess protoplasma differentierad till en yttre tunn svampig del som täcker oogonialväggen, periplasman och den inre, granulära tätare rundade delen, ooplasmen eller oosfären (Fig. 4 E). Ooplasmen innehåller en enda kvinnlig kärna, medan de andra kärnorna i periplasmen degenererar.

När antheridium mognar böjer det sig mot oogonium (gametangial kontakt) som det tillämpar sig nära. Väggen av antheridium och oogonium löses upp vid kontaktpunkten. Antheridium utvecklade ett fint befruktningsrör eller penetrationsrör som penetrerar periplasman och når ooplasmen (fig. F,G). Den funktionella manliga kärnan kommer in i oogonium genom befruktningsrör och smälter ihop med femalenecleus och bildar en diploid zygotisk kärna (Fig. 4 I).

Zygotkärnan utsöndrar en tjock dubbelvägg och kallas oospore. (Fig. 4 I). Ytterväggen är tjock och kallas exine medan innerväggen är tunn och kallas tunn. Oosporen är en vilande spore. Den är fylld med massor av reservmatmaterial.

Groning av oospore:

Oospore gror i närvaro av fukt. Exinen spricker och tarmen kommer ut i form av bakterierör. Den zygotiska kärnan delar sig, den första divisionen är meios. Men enligt Sansome (1961, 1963) förekommer meios i oogonia och antheridia hos P. debaryanum. Om temperaturen är hög (28 ° C) utvecklas groberöret direkt till mycel (bild 5A-E).

Men om temperaturen är låg (10-17°C) och tillräckligt med fukt finns tillgänglig migrerar innehållet i oosporen in i sporangiet genom groddröret. Sporangiet beter sig som ett zoosporangium och producerar zoosporer som vid aseksuell reproduktion (fig. 5a-e). Ibland (till exempel P. anandrum) bildas zoosporer direkt inuti oosporen. De frigörs senare i en vesikel (bild 5. 1-5). Ibland lossnar zoosporangium och beter sig som konidium.

5. Vissa sjukdomar orsakade av Pythium:

6. Kontrollåtgärder för Pythium:

1. Korrekt dräneringssystem för fältet bör bibehållas.

2. Vattenloggning i jorden och överdriven vattning bör undvikas.

3. Tillräcklig ventilation bör tillhandahållas.

4. För tjock sådd på fröbädden bör undvikas.

5. Jord bör steriliseras med ånga, torr värme eller kemikalier som formaldehyd utspätt i vatten (1: 50) och Bordeaux -blandning (en halv gallon per kvadratfot).

6. Marken kan rökas med kloropikrin eller metylbromid.

7. Grävning av jord med 0,2% Fytolan, 0,5% Perenox och 0,2% flit är en mycket effektiv metod för att kontrollera sjukdomen.

8. För sjukdomsfasen före uppkomst, bör fröna behandlas med Biltox-50 och Arasan.

9. Kemikalier som Chloroneb (1, 4-diklor 2-5 dimetoxi-bensen) kan användas i plantor av peppar, bönor, tomat etc.


Zink "gnistor" flyger från ägg inom några minuter efter befruktningen

NIH-finansierad studie av djurägg avslöjar en viktig roll för metall.

Nya fynd tyder på en viktig roll för zink i reproduktionen. I observationer från äggceller fann forskare att massivt intag av zink kan bromsa celldelningen när ägget mognar och väntar på befruktning (A). Befruktning av ägget (B) utlöser cykliska förändringar i nivåerna av kalcium (C). Det genererar också zinkgnistor (D) från cellen som lyfter bromsen vid utveckling. NICHD/NIH

Vid befruktning verkar en massiv frisättning av metallzinket sätta den befruktade äggcellen på väg att dela sig och växa till ett embryo, enligt resultaten från djurstudier som stöds av National Institutes of Health.

Zinkutsläppet följer äggcellens stadiga ansamling av zinkatomer i utvecklingsstadiet före befruktning. Forskarna dokumenterade flytningen genom att bada äggen i en lösning som avger ljus när de utsätts för zink. De hänvisade till zinkutladdningen och medföljande ljusblixt som zinkgnistor.

"Upptäckten av äggcellernas massiva intag och senare frisättning av zink definierar en ny roll för detta element i biologin", säger Louis DePaolo, chef för Reproductive Sciences Branch på Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), ett av NIH -instituten som stöder studien. "Vi räknar med att resultaten en dag kommer att leda till information som är användbar för behandling av infertilitet samt utveckling av nya sätt att förhindra att befruktning sker."

Studiens författare föreslår att zink fungerar som en strömbrytare som stänger av celldelningsprocessen medan ägget mognar och sätter på det igen efter befruktning.

"Dessa fynd tyder på att zink är avgörande för att utveckla ett friskt ägg och i slutändan ett friskt embryo", säger Teresa Woodruff, Ph.D., en av artikelns seniorförfattare.

Studiens första författare är Alison M. Kim, Ph.D., från Northwestern University, Evanston, Ill. De andra författarna är Miranda L. Bernhardt, Betty Y. Kong, Richard W. Ahn, Dr. Woodruff och Thomas V. O 'Halloran, Ph.D., från Northwestern, och Stefan Vogt, Ph.D., från Argonne National Laboratory, Washington, DC

Deras resultat visas i juli -numret av ACS Chemical Biology.

I denna studie observerade forskarna äggceller från möss och från apor. För att genomföra studien tog de fram ett mikroskop som skulle göra det möjligt för dem att se koncentrationen och distributionen av zinkatomer i enskilda celler. With the aid of the chemical that gives off light when exposed to zinc, the researchers documented the first zinc sparks 20 minutes after fertilization. Most fertilized eggs released two or three rounds of sparks, but the researchers saw as few as one and as many as five within the first two hours after fertilization. The sparks flared every 10 minutes, on average.

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

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

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

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

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


Abstrakt

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

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

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

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

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

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

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

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

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


43.5A: Fertilization - Biology

In this section, you will explore the following questions:

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

Connection for AP ® Courses

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

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

Befruktning

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

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

Cleavage and Blastula Stage

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

Klyvning kan ske på två sätt: holoblastisk (total) klyvning eller meroblastisk (delvis) klyvning. The type of cleavage depends on the amount of yolk in the eggs. In placental mammals (including humans) where nourishment is provided by the mother’s body, the eggs have a very small amount of yolk and undergo holoblastic cleavage. Other species, such as birds, with a lot of yolk in the egg to nourish the embryo during development, undergo meroblastic cleavage.

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

LINK TO LEARNING

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

Gastrulation

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

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

EVERYDAY CONNECTION

Are Designer Babies in Our Future?

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

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

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

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

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

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

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

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


The Evolution of Reproduction

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

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

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

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

In Summary: Fertilization

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