北京大学生命科学学院, 北京 100871
引用本文
贡献者
接受日期:2017-03-27接受日期:2017-03-28网络出版日期:2017-05-1
-->Copyright
20172010 《植物学报》编辑部
History
Received:Accepted:Online:
Abstract:
【编者按】2015年, 应我刊邀约, 白书农教授在“术语论坛”栏目发表一篇短文, 分析了在植物科学研究和教学中有关“胚”这个概念在使用上存在的问题, 并提出了如何合理使用这一术语的建议。该文刊出以后, 受到读者的持续关注, 反响热烈。此次, 白教授提出了一个新的学术概念——有性生殖周期, 这其中包含了他对相关问题的思考。我们把这一新的概念介绍给读者, 希望能引起更多读者的思考和共鸣。
什么是有性生殖周期(sexual reproduction cycle, SRC)? 即“一个经过修饰的细胞周期”。具体地说, SRC指一个二倍体细胞经由3个单细胞层面上发生的生物学事件——减数分裂、异型配子形成、受精——形成2个新的二倍体细胞的过程。从细胞数目的变化上看, 1次SRC与1次经过有丝分裂而完成的细胞周期一样, 都是二倍体细胞1个变2个。从起始细胞和产物细胞的基因组构成上, 由于SRC中多出减数分裂(重组)、异型配子形成和受精(不同减数分裂重组产物的融合)3个环节, SRC形成的2个产物细胞在基因组构成上与起始细胞出现差异, 这与有丝分裂不同。有关有性生殖周期概念的来龙去脉, 请参见相关文献(Bai and Xu, 2013; Bai, 2015; 白书农, 2015; 白书农, 2016)。在此, 仅简单介绍这个概念的缘起及其意义。
在传统的教科书中, 减数分裂总是和有丝分裂一起, 被作为2种细胞分裂形式来介绍。这从细胞行为的角度而言无可厚非。可是有一个问题, 即真核细胞的有丝分裂过程如同原核细胞分裂一样, 可以无限地进行, 但减数分裂却不行。1次完整的减数分裂过程完成后, 1个二倍体细胞变成了4个单倍体细胞。这4个单倍体细胞就无法再进行减数分裂, 它们必须通过细胞融合(受精), 2个单倍体细胞形成1个二倍体细胞之后, 才可能再进行减数分裂。因此, 若追究减数分裂和受精这2个事件在远古发生后如何传承至今, 简单且合理的解释是, 二者作为2个环节或者事件整合成了1个完整过程。它们无法各自独立存在, 只能彼此相依共生。历史上还没有一个概念来描述这2个事件之间不可分割的关系。因此SRC这个概念应运而生。
相比基于有丝分裂的细胞周期, SRC要复杂很多。为什么在几乎所有真核生物中都有这个过程呢?从目前人类对生命起源的理解来看, 我们所能感知的生命源自地球出现后的十几亿年(迄今30多亿年)。从这个角度上看, 细胞化生命系统是特殊环境的产物。环境变化不依赖于细胞的存在, 而细胞却必须适应环境的变化。可细胞怎么才能在无法预知的环境变化中生存下来呢? 原核细胞可以通过与其它细胞交换遗传物质而应对环境变化。对于真核细胞而言, 恐怕唯一的办法, 就是自己先准备好一些变化, 然后在变化的环境中“兵来将挡, 水来土掩”, 总有一款可以生存下来。变化哪里来? 除了DNA自身的变异和新基因出现之外, 减数分裂中的重组应该是一个重要来源。另外, 从群体的角度来看, 只有在变化的环境中生存下来的配子才有可能相遇融合, 即受精, 并因此把适应性变异保留到新的二倍体细胞。至于异型配子, 则在保持异质性的同时发挥控制变异范围的作用。从目前所了解的信息看, 减数分裂、异型配子形成和受精应该是分别起源的。但机缘巧合而协同互利, 融为一体, 最后形成一个全新的真核细胞适应环境变化的有效机制。
SRC的出现, 因其起始细胞和产物细胞在基因组构成上出现差异而第1次定义了遗传意义上的“代”; 因减数分裂和异型配子形成从起源上都是环境变化所诱导且在功能上存在先后关系, 从而第1次定义了同一“代”内细胞分化的单向性; 由于其完成过程有不同细胞和不同细胞分化事件的协同, 也第1次定义了细胞分化过程中的程序性。
由于单细胞真核生物SRC中减数分裂、异型配子形成和受精常常是受环境诱导才出现, 在没有胁迫的情况下, SRC的合子到减数分裂母细胞之间、减数分裂产物细胞到配子母细胞之间的二倍体或单倍体细胞均可进行有丝分裂, 并产生多个独立生存的单细胞。一旦这些在间隔期独立生存的单个细胞聚集起来, 由多个细胞的群体变成多细胞的结构, 不就成了多细胞生物吗? 从这个角度看, SRC为多细胞生物的发生提供了一个基本骨架。这也从另一方面解释了为什么几乎所有多细胞真核生物都有SRC。
SRC作为一个新概念, 需要经过很多人的思考、批判和使用才可能被整合到认知体系中。现在向读者推介这个概念, 目的是希望更多的人参与到思考和批判的过程中。
参考文献
文献选项
原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子
植物发育程序: 基于有性生殖周期的“双环”
1
2015
... 什么是有性生殖周期(sexual reproduction cycle, SRC)? 即“一个经过修饰的细胞周期”.具体地说, SRC指一个二倍体细胞经由3个单细胞层面上发生的生物学事件——减数分裂、异型配子形成、受精——形成2个新的二倍体细胞的过程.从细胞数目的变化上看, 1次SRC与1次经过有丝分裂而完成的细胞周期一样, 都是二倍体细胞1个变2个.从起始细胞和产物细胞的基因组构成上, 由于SRC中多出减数分裂(重组)、异型配子形成和受精(不同减数分裂重组产物的融合)3个环节, SRC形成的2个产物细胞在基因组构成上与起始细胞出现差异, 这与有丝分裂不同.有关有性生殖周期概念的来龙去脉, 请参见相关文献(
量体裁新衣: 从植物发育单位到植物发育程序
1
2016
... 什么是有性生殖周期(sexual reproduction cycle, SRC)? 即“一个经过修饰的细胞周期”.具体地说, SRC指一个二倍体细胞经由3个单细胞层面上发生的生物学事件——减数分裂、异型配子形成、受精——形成2个新的二倍体细胞的过程.从细胞数目的变化上看, 1次SRC与1次经过有丝分裂而完成的细胞周期一样, 都是二倍体细胞1个变2个.从起始细胞和产物细胞的基因组构成上, 由于SRC中多出减数分裂(重组)、异型配子形成和受精(不同减数分裂重组产物的融合)3个环节, SRC形成的2个产物细胞在基因组构成上与起始细胞出现差异, 这与有丝分裂不同.有关有性生殖周期概念的来龙去脉, 请参见相关文献(
1
2013
... 什么是有性生殖周期(sexual reproduction cycle, SRC)? 即“一个经过修饰的细胞周期”.具体地说, SRC指一个二倍体细胞经由3个单细胞层面上发生的生物学事件——减数分裂、异型配子形成、受精——形成2个新的二倍体细胞的过程.从细胞数目的变化上看, 1次SRC与1次经过有丝分裂而完成的细胞周期一样, 都是二倍体细胞1个变2个.从起始细胞和产物细胞的基因组构成上, 由于SRC中多出减数分裂(重组)、异型配子形成和受精(不同减数分裂重组产物的融合)3个环节, SRC形成的2个产物细胞在基因组构成上与起始细胞出现差异, 这与有丝分裂不同.有关有性生殖周期概念的来龙去脉, 请参见相关文献(
1
2015
... 什么是有性生殖周期(sexual reproduction cycle, SRC)? 即“一个经过修饰的细胞周期”.具体地说, SRC指一个二倍体细胞经由3个单细胞层面上发生的生物学事件——减数分裂、异型配子形成、受精——形成2个新的二倍体细胞的过程.从细胞数目的变化上看, 1次SRC与1次经过有丝分裂而完成的细胞周期一样, 都是二倍体细胞1个变2个.从起始细胞和产物细胞的基因组构成上, 由于SRC中多出减数分裂(重组)、异型配子形成和受精(不同减数分裂重组产物的融合)3个环节, SRC形成的2个产物细胞在基因组构成上与起始细胞出现差异, 这与有丝分裂不同.有关有性生殖周期概念的来龙去脉, 请参见相关文献(
