第三节 卵子生成与卵细胞周期
一、从卵原细胞到卵母细胞
PGCs在进入性腺嵴后继续增殖，开始细胞的分化，形成卵原细胞或精原细胞，卵原细胞进入减数分裂即形成卵母细胞，启动卵子的发生过程，形成以卵原细胞为中心围绕体细胞的结构单位。在卵细胞的前期增殖以有丝分裂形式进行，分裂得到两个相互独立的子细胞。而后经一定时间或分裂次数后，分裂得到的子细胞间将建立胞间链接。进一步的不完全分裂可能得到卵原细胞合胞体，即所谓的生殖细胞巢或生殖细胞囊，因为它们不含液腔，“生殖细胞囊”这一称谓可能不甚准确，称其为生殖细胞群、生殖细胞巢或生殖细胞合胞体可能更为恰当。这种分裂的机制尚未阐明，但其可能对未来卵细胞发育有一定意义。
二、卵母细胞的减数分裂
随着卵细胞的进一步发育，结束有丝分裂而进入减数分裂进程，此时它们被称为卵母细胞。控制减数分裂开始的机制尚未明确。减数分裂从胚胎发育早期即启动，开始时间根据物种不同有所差异。第一次减数分裂的前期比较复杂，很多减数分裂特有的事件都发生在这一时期。这一阶段通常称为前期Ⅰ（prophase Ⅰ）。在高等生物，这一时期可持续数周、数月，甚至数十年。在低等生物，其持续时间仍较有丝分裂长。在这漫长的过程中，同源染色体要完成相互识别、配对、联会和遗传物质的重组等减数分裂的关键事件。此外，大量的RNA和蛋白质也要在这一阶段合成。根据细胞的形态学，可将前期I划分为细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期五个不同时期。
细线期（leptotene stage）也称凝集期（condensation stage），即前期I的初始阶段，首先发生染色质凝集，染色质纤维折叠、螺旋化，变粗变短。在显微镜下可以见其细纤维样染色质结构。同时在细纤维样染色质上出现一系列大小不同的颗粒状结构，称为染色粒（chromomere），其作用尚不清楚。此时期染色体的端粒在细线期结束时通过接触斑与核膜相连，而染色质的其他部分延伸到核质中，同时联会复合体的侧轴开始形成。
染色质进一步凝集进入偶线期（zygotene stage），同源染色体（homologous chromosome）开始相互识别、配对，并在部分配对的区段发生联会（synapsis），所以偶线期又称配对期（paring stage）。配对从同源染色体的多个接触点开始，进而向拉链一样迅速扩展到整条染色体所有的同源片段，并在同源染色体之间开始形成联会复合体。配对的同源染色体称为二价体（bivalent）。而此时染色体的端粒附着于核膜上，而染色体质伸向核内形成花束状结构，所以偶线期也被称为花束期（bouquet stage）。迄今为止关于同源染色体识别、配对的过程和机制尚不十分清楚。一般认为，同源染色体的相互识别是其配对的前提和基础，有助于同源染色体的识别和配对。
当同源染色体配对完成，即进入粗线期（pachytone stage），这一时期持续时间较长，染色体进一步浓缩变粗，并与核膜继续保持接触。联会复合体组装完成，同源染色体紧密结合，并在同源染色体的非姐妹染色单体之间的同源区段进行遗传物质的交换和重组，产生新的遗传组合，并在联会复合体的梯状结构中出现重组结（recombination nodule）。在许多动物的卵母细胞发育过程中，粗线期还要发生rDNA扩增。编码rDNA的DNA片段从染色体上释放出来，形成环状的染色体外DNA，游离于核质中，以便进行大量复制，这些rDNA将参与形成附加的核仁，进行转录。
紧密配对的同源染色体开始分开，至双线期结束时为双线期（diplotene stage），此期同源染色体仅在非姊妹染色单体之间发生重组的部位有连接，这些连接被称为交叉（chiasma）。一般认为交叉是粗线期交换发生的细胞形态学证据，其数目取决于物种类型及染色体长度，如人类平均每对同源染色体的交叉数为2~3个，较长的染色体如1、2、3号染色体最多可以有5个交叉，较短的如20、21、22号染色体基本只有1个交叉，通常在每个染色体的臂上至少有1个交叉。另外，联会复合体开始解聚并逐渐消失，染色质去凝集而形成多个核仁并进行活跃的RNA合成，此期在人类中持续时间较长，可达数十年之久。
终变期（diakinasis）也称再凝集期（recondensation stage），是前期I的最后一个阶段，此期染色质又被包装压缩成染色体。双线期结束时，染色体变成紧密凝集状态，大多数核仁消失，RNA转录停止，四分体均匀地分布在核中。同时，交叉向染色体臂的端部移行，此过程被称为交叉端化（terminalization）。到终变期末，同源染色体只靠交叉结合在一起，姐妹染色单体通过着丝粒连接在一起。前期结束之时，中心粒已经加倍，中心体分开向未来的纺锤体两极移动。核被膜破裂和中心体分开向未来的纺锤体两极移动。核被膜破裂和消失标志前期I的结束。
三、减数分裂的重组交换
第一次减数分裂前期的晚偶线期和粗线期，同源染色体配对形成联会复合体的同时还发生了同源染色体的交换重组。
联会复合体是同源染色体之间在减数分裂前期联会时所形成的一种临时性结构。它是一种梯状结构，两侧为侧轴，主要成分为DNA和蛋白质，典型的蛋白质包括SYCP2（synaptonemal complex protein 2）和SYCP3，两侧轴中间为中央轴，由横向排列的蛋白质纤维组成，其主要蛋白质成分为SYCP1。SYCP2和SYCP3在C端均具有卷曲螺旋结构域可以与DNA结合。它们在细线期开始表达并组装成联会复合体的侧轴，直到双线期联会复合体解体时逐渐消失，因此，它们常被用做联会复合体的标志物。中央轴主要由SYCP1蛋白组成，它在侧轴和中央轴成分之间搭建一座桥梁。经典学说认为联会复合体除将每对同源染色体结合在一起外，还能促使特定部位的DNA进行遗传重组。但也有研究表明，同源染色体间的遗传重组并不需要完整的联会复合体。丧失联会复合体组装功能的裂殖酵母突变株同样能进行同源染色体间的遗传物质互换。
联会是偶线期时同源染色体侧面紧密相贴排列的现象；重组则是指同源染色体间遗传物质发生交换的过程。联会的起始一般在同源染色体配对的特定部位发生，联会和配对是紧密相连的过程。而配对、联会和重组的关系在不同的物种间存在差异。在酵母和小鼠中，同源染色体的配对、联会需要DNA双链断裂（double strand breaks，DSB）的产生。DSB产生于细线期，一般每个细胞产生多达数百个DSB。只有这些DSB得到完全修复，减数分裂才能正常进行。减数分裂前期DSB的修复主要以同源染色体的非姐妹染色单体为模板通过同源重组（homologous recombination，HR）进行，其中绝大部分DSB的修复不产生遗传物质的交换，只有个别修复会导致遗传重组和交换的发生。DSB的修复还可促进同源染色体的精确配对和联会。
四、减数分裂染色体的分离
减数分裂时，卵母细胞（2n）的染色体复制一次，经两次分裂后，形成三或四个只含单倍染色体（n）的子细胞，其中较大的称为配子。减数分裂的主要特征即染色体复制一次，而细胞分裂两次；在减数分裂Ⅰ，每条染色体的两条姐妹染色单体的着丝点都与来自于纺锤体同一极的微管相连，并作为一个整体在分裂后期移向纺锤体的同一极，进入同一个细胞，也就是两条同源染色体发生分离，分别进入次级卵母细胞和第一极体；减数分裂Ⅱ的过程与有丝分裂相似，姐妹染色体上的着丝粒分别与来自纺锤体两级的微管结合，在分裂后期彼此分离，并分别移向纺锤体的两极，分别进入卵子和第二极体。
在减数分裂Ⅰ，在染色体臂上姐妹染色单体之间的Cohesin蛋白复合体被解离，而着丝粒部位的Cohesin由于受到保护而不能被解离，从而保证同源染色体的正确分离。直到第二次减数分裂中-后期转变时着丝粒部位的Cohesin才被降解，从而确保姐妹染色单体正确分离。当所有的同源染色体都与纺锤体微管结合并排列在纺锤体赤道板上后，染色单体臂间的Cohesin就要被降解，细胞由中期向后期转变。在减数分裂Ⅰ，同源染色体通过交叉联系在一起，姐妹染色单体上的着丝粒与来自纺锤体一极的微管结合，当同源染色体正确排列在赤道板上时，后期启动，姐妹染色单体移向细胞的同一极。重要的是，只有在染色体臂上的Cohesin被解离，而着丝粒部位的Cohesin则是在减数分裂Ⅱ中后期转变时才被解离。因此，分步分别从着丝粒部位解离Cohesin对于减数分裂Ⅰ同源染色体的分离，以及减数分裂Ⅱ姐妹染色单体的分离都至关重要。在减数分裂Ⅱ，姐妹染色单体之间着丝粒部位的Cohesin降解是在中后期转变时进行的，Cohesin被降解后，姐妹染色单体才能分别移向纺锤体的两极。Cohesin的两次分步降解是减数分裂染色体正确分离的重要分子基础。总之，Cohesin蛋白复合体的分步降解机制是减数分裂得以进行的重要物质保障，其异常可能会导致非整倍体配子的产生。
此外，减数分裂纺锤体装配检验点（spindle assembly checkpoint，SAC）是保证染色体正确分离的另一重要机制。它监控着纺锤体微管与着丝点之间的连接，并且促使有丝分裂中姐妹染色单体或减数分裂中同源染色体间张力的形成。当所有的染色体与来自纺锤体两极的微管正确连接并排列在赤道板上时，SAC才能失活，从而解除对细胞由分裂中期进入后期的抑制。SAC是细胞进化出的一套高效的监督机制，它可以通过延迟细胞分裂中-后期的转变，以给细胞更多的时间，直到所有的染色体被微管捕捉，并正确排列在纺锤体赤道板上，在有丝分裂或减数分裂Ⅱ的姐妹染色单体和减数分裂Ⅰ的同源染色体着丝点（kinetochore）间形成合适的张力。所有的检验点蛋白相互作用形成一个复杂的检验系统。一旦某个蛋白不能行使功能，SAC就不能发挥正常的作用，染色体分离就会受到影响，导致非整倍体配子的产生。