La gametogénesis es un proceso biológico mediante el cual las células precursoras diploides o haploides se someten a división y diferenciación celular para formar gametos haploides maduros . Dependiendo del ciclo de vida biológico del organismo , la gametogénesis se produce por división meiótica de los gametocitos diploides en varios gametos, o por mitosis. Por ejemplo, las plantas producen gametos mediante mitosis en los gametofitos. Los gametofitos crecen a partir de esporas haploides después de la meiosis espórica. También se denomina alternancia de generaciones a la existencia de una fase multicelular y haploide en el ciclo vital entre la meiosis y la gametogénesis .
Es el proceso biológico de la gametogénesis; Las células que son haploides o diploides se dividen para crear otras células. Gametos haploides maduros. Puede tener lugar mediante mitosis o división meiótica de gametocitos diploides en diferentes gametos, según el ciclo de vida biológico de un organismo. Por ejemplo, los gametofitos de las plantas sufren mitosis para producir gametos. Tanto el hombre como la mujer tienen formas diferentes. [1]
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Los animales producen gametos directamente a través de la meiosis a partir de células madre diploides en órganos llamados gónadas ( testículos en los machos y ovarios en las hembras). En el desarrollo de las células germinales de los mamíferos, los gametos sexualmente dimórficos se diferencian en células germinales primordiales a partir de células pluripotentes durante el desarrollo inicial de los mamíferos. [2] Los machos y las hembras de una especie que se reproduce sexualmente tienen diferentes formas de gametogénesis:
Sin embargo, antes de convertirse en gametogonias, el desarrollo embrionario de los gametos es el mismo en machos y hembras.
Las gametogonias suelen considerarse la etapa inicial de la gametogénesis. Sin embargo, las gametogonias son en sí mismas sucesoras de las células germinales primordiales (PGC) del endodermo dorsal del saco vitelino que migran a lo largo del intestino posterior hasta la cresta genital . Se multiplican por mitosis y, una vez que han alcanzado la cresta genital en la etapa embrionaria tardía, se denominan gametogonias. Una vez que las células germinales se han convertido en gametogonias, ya no son iguales entre hombres y mujeres.
A partir de las gametogonias, los gametos masculinos y femeninos se desarrollan de forma diferente: los machos por espermatogénesis y las hembras por oogénesis. Sin embargo, por convención, el siguiente patrón es común para ambos:
La gametogénesis in vitro (IVG) es la técnica de desarrollo de gametos generados in vitro , es decir, "la generación de óvulos y espermatozoides a partir de células madre pluripotentes en una placa de cultivo". [3] Esta técnica es actualmente factible en ratones y probablemente tendrá éxito en el futuro en humanos y primates no humanos. [3] Permite a los científicos crear espermatozoides y óvulos reprogramando células adultas. De esta forma, podrían cultivar embriones en un laboratorio. Aunque es una técnica prometedora para combatir enfermedades, plantea varios problemas éticos. [4]
Los hongos, las algas y las plantas primitivas forman estructuras haploides especializadas llamadas gametangios , donde los gametos se producen mediante mitosis. En algunos hongos, como los Zygomycota , los gametangios son células individuales, situadas en los extremos de las hifas , que actúan como gametos fusionándose en un cigoto . Más típicamente, los gametangios son estructuras multicelulares que se diferencian en órganos masculinos y femeninos:
En las angiospermas, los gametos masculinos (siempre dos) se producen en el interior del tubo polínico (en el 70% de las especies) o en el interior del grano de polen (en el 30% de las especies) mediante la división de una célula generativa en dos núcleos de esperma. Dependiendo de la especie, esto puede ocurrir mientras el polen se forma en la antera (polen tricelular) o después de la polinización y crecimiento del tubo polínico (polen bicelular en la antera y en el estigma). El gameto femenino se produce dentro del saco embrionario del óvulo .
En las angiospermas la división de una célula generativa en dos núcleos de esperma, dando como resultado la producción de gametos masculinos (siempre dos), que se desarrollan en el interior del grano de polen (en el 30% de las especies) o en el tubo polínico (en el 70% de las especies), respectivamente. ,) de la planta. Esto puede ocurrir antes de la polinización y el desarrollo del tubo polínico, dependiendo de la especie, o mientras el polen aún se está formando en la antera (el polen es tricelular) (polen bicelular en la antera y en el estigma). Dentro del saco embrionario del óvulo se crea el gameto femenino.
La meiosis es una característica central de la gametogénesis, pero la función adaptativa de la meiosis es actualmente un tema de debate. Un evento clave durante la meiosis es el emparejamiento de cromosomas homólogos y la recombinación (intercambio de información genética) entre cromosomas homólogos. Este proceso promueve la producción de una mayor diversidad genética entre la progenie y la reparación recombinacional del daño en el ADN que se transmitirá a la progenie. Para explicar la función adaptativa de la meiosis (así como de la gametogénesis y el ciclo sexual), algunos autores enfatizan la diversidad, [5] y otros enfatizan la reparación del ADN . [6]
Aunque la meiosis es un componente crucial de la gametogénesis, aún se desconoce su función en la adaptación. En los organismos que se reproducen sexualmente, es un tipo de división celular que da como resultado que haya menos cromosomas en los gametos. [7]
EFECTOS DE HOMOLOGÍA
Hay dos diferencias clave entre la gametogénesis de mamíferos y plantas. En primer lugar, no existe una línea germinal predeterminada en las plantas. Las células productoras de gametofitos masculinos o femeninos divergen del meristemo reproductivo, un grupo totipotente de células en desarrollo en la planta adulta que crea todas las características de la flor (tanto estructuras sexuales como no sexuales). En segundo lugar, a la meiosis le siguen divisiones y diferenciaciones mitóticas para crear los gametos. En las plantas, las células hermanas no gaméticas están conectadas a los gametos femeninos (el óvulo y la célula central) (las sinérgicas y las células antípodas). La microspora haploide pasa por una mitosis para crear una célula vegetativa y generativa durante la gametogénesis masculina. La célula generativa sufre una segunda división mitótica, lo que da como resultado la creación de dos.
Los eventos premeióticos, postmeióticos, premitóticos o posmitóticos son posibles si se crean huellas durante la gametogénesis masculina y femenina. Sin embargo, si sólo una de las células hijas recibe huellas parentales después de la mitosis, esto daría como resultado dos gametos femeninos funcionalmente diferentes o dos espermatozoides funcionalmente diferentes. La desmetilación se observa en el grano de polen después de la segunda meiosis y antes de la mitosis de la célula generativa, como se analizó en la sección anterior a esta. Junto con la diferenciación del polen, también se producen diversas alteraciones estructurales y de composición del ADN. Estas modificaciones son pasos potenciales para borrar todo el genoma y/o reprogramar la impronta que ocurre en los animales. Durante el crecimiento de los espermatozoides, el ADN masculino se desmetila ampliamente en las plantas, mientras que en los animales ocurre lo contrario.
Gametogénesis in vitro (IVG): la generación de óvulos y espermatozoides a partir de células madre pluripotentes en una placa de cultivo.
Actualmente factible en ratones, la IVG está preparada para tener éxito en el futuro en humanos y promete nuevas posibilidades para los campos de la medicina reproductiva y regenerativa.