مواضيع المحاضرة: Cell division 2
background image

Meiosis 

Dr. Shayma`a J. Ahmed 
Prof. Genetic Engineerin& Biotechnology

 

                  
  
 


background image

Objectives:

 

At the end of this lecture the student will be able to: 

Define the Meiosis. 

List the Phases of Meiosis. 

Describe the Stages of Meiosis  . 

Determine the features of Meiosis. 

Compare between the mitosis & meiosis. 

Describe the Meiosis Sex Differences.   

Recognize to the clinical features  of the genetic 
diseases in this lecture  . 
 


background image

Meiosis: making egg and sperm cells

 

A process called ‘meiosis’ creates new 
reproductive cells with half as many 
chromosomes as the original cell. 

 Without meiosis, joining of the egg and 
sperm at fertilization would produce 
offspring with twice the original number of 
chromosomes as it`s parents. 

   


background image

starts with one reproductive cell 

(containing 46 

chromosomes) 

that replicates its DNA only once 

but divides twice to produce four new cells, each 
having 

only 23 chromosomes

It consists of two nuclear divisions- 

Meiosis-I & 

Meiosis-II. 

 


background image

Meiosis-I:

 

 

Interphase:

    

    Before meiosis begins, genetic material is 

duplicated. 

    

Meiosis- I

 has two main purposes: 

1- It is the reduction division, so it reduces the 

number of chromosomes in half, making the 
daughter cells haploid (when the parent cell was 
diploid). 

2- It is during meiosis I that most of the genetic 

recombination occurs. 
 
 


background image

Phases: 

          Keep in mind that before meiosis begins at all, 

the DNA undergoes replication, just like it did 
before mitosis started.  So, when you first see 
chromosomes in meiosis I, they have sister 
chromatids, just like in mitosis.  It is just that in 
meiosis- I, we will be talking about tetrads 
becoming visible, lining up, separating, and 
decondensing (rather than chromosomes, like in 
mitosis).  

            Finally, cytokinesis occurs, too, any time after 

the tetrads have moved out of the equator (just like 
in mitosis). 
 


background image

Prophase I:

 

Prophase I is further divided into five stages (phases): 

1- Leptotene: 

leptotene phase, leptonema; Greek, leptotene = "thin 

threads" 

the duplicated paired chromosome homologs condense. 

2-Zygotene: 

zygotene phase, zygonema, Greek, zygotene = "paired 

threads" 

homologous chromosomes become closely associated 

(synapsis) to form pairs of chromosomes consisting of four 

chromatids (tetrads). 

the synaptonemal complex begins to form between the two 

sets of sister chromatids in each bivalent (the duplicated 

chromosome paired with its homologous duplicated 

chromosome). 
 


background image

3-Pachytene: 

pachytene phase, pachynema; Greek, pachytene = 

"thick threads" 

crossing over between pairs of homologous 

chromosomes to form chiasmata (form between two 

nonsister chromatids at points where they have crossed 

over) 

synaptonemal complex is complete and can be stable 

for some time. 

Autosomal non-sister chromatids of homologous 

chromosomes can now extensively exchange segments 

in regions of homology. 

Only small regions of non-paired sex chromosomes 

interact 
 


background image


background image

4- Diplotene: 

diplotene phase, diplonema; Greek, diplonema = "two 

threads" 

homologous chromosomes begin to separate but 

remain attached by chiasmata. 

synaptonemal complex degrades and the chromosomes 

separate from one another a small amount giving this 

appearance. 

It is possible that some chromosome uncoiling may 

also occur allowing some gene transcription. 

In the developing human ovary, 

oocytes

 remain at the diplotene 

stage from fetal life through postnatal childhood, until puberty 

when the

 lutenizing hormone

 (LH) surges stimulate the 

resumption of meiosis. 

 


background image

5-Diakinesi: 

 

diakinesis phase; Greek, diakinesis = "moving 
through" 

homologous chromosomes continue to separate, and 
chiasmata move to the ends of the chromosomes. 

prophase I ends and chromosomes now recondense, 
transcription stops and the transition to metaphase 
occurs. 

 


background image

:

Metaphase I

 

 

Homologous pairs of chromosomes (bivalents) 

arranged as a double row along the metaphase plate. 

The arrangement of the paired chromosomes with 

respect to the poles of the spindle apparatus is random 

along the metaphase plate. (This is a source of genetic 

variation through random assortment, as the paternal 

and maternal chromosomes in a homologous pair are 

similar but not identical. 

 The number of possible arrangements is 2n, where n is 

the number of chromosomes in a haploid set. Human 

beings have 23 different chromosomes, so the number 

of possible combinations is 223, which is over 8 

million.) 


background image

Anaphase I: 

      The homologous chromosomes in each bivalent 

are separated and move to the opposite poles of the 

cell. 

Telophase I: 

   The chromosomes become diffuse and the 

nuclear membrane reforms. 

Cytokinesis I: 

   Cellular cytoplasmic division to form two new 

cells, followed by Meiosis II. 

   Note - in oocyte meiosis, the extrusion of the 

first polar body (1 PB) indicates completion of the 

first meiotic division. 
 
 
 


background image


background image

Meiosis II:

 

Prophase II: 

   Chromosomes begin to condense, nuclear membrane 

breaks down and spindle forms. 

Metaphase II: 

 Spindle fibres attach to chromosomes, chromosomes 

align in cell centre. 

Anaphase II: 

  Chromosomes separate and move to the opposite 

poles of the cell. 

Telophase II: 

  Chromosomes reach spindle pole ends and the 

nuclear membrane reforms. 

Cytokinesis: 

  Cellular cytoplasmic division to form new cells. 
 


background image

Compare between the mitosis & meiosis:

 

Meiosis 

Mitosis 

1- two division 

1- one division. 

2- Four daughter cells per cycle. 

2- two daughter cells per cycle. 

3-Daughter cells genetically are 
different. 

3- Daughter cells genetically are 
identical. 

4-4-Chromosome number of daughter 
cells is half of parent cell(n). 

4-Chromosome number of daughter 
cells same as that of parent cells(2n). 

5-Occurs in germline cell. 

5-Occurs in somatic cells. 

6- In human, completes after sexual 
maturity. 

6-Occurs through out life cycle. 

7-Used for sexual reproduction, 
producing new gene combinations. 

7-Used for growth ,repair & a sexual 
reproduction. 


background image

:

Meiosis Sex Differences

 

 

      

Female (oogenesis): 

Meiosis initiated once in a finite population of cells 

1 gamete produced / meiosis 

Completion of meiosis delayed for months or years 

Meiosis arrested at 1st meiotic prophase and 
reinitiated in a smaller population of cells 

Differentiation of gamete occurs while diploid in 
first meiotic prophase 

All chromosomes exhibit equivalent transcription 
and recombination during meiotic prophase 


background image

    

Male (spermatogenesis): 

Meiosis initiated continuously in a mitotically 
dividing stem cell population 

4 gametes produced / meiosis 

Meiosis completed in days or weeks 

Meiosis and differentiation proceed continuously 
without cell cycle arrest 

Differentiation of gamete occurs while haploid 
after meiosis ends. 

Sex chromosomes excluded from recombination 
and transcription during first meiotic prophase. 
 

 


background image

:

Female Gametogenesis

 

 

In females, the total number of eggs ever to be produced are 

present in the newborn female. 

All eggs are arrested at an early stage of the first meiotic 

division as a primary oocyte (primordial follicle). Following 

purberty, during each menstrual cycle, pituitary 

gonadotrophin stimulates completion of meiosis 1the day 

before ovulation. 

In meiosis 1, a diploid cell becomes 2 haploid (23 

chromosomes) daughter cells, each chromosome has two 

chromatids. One cell becomes the secondary oocyte the 

other cell forms the first polar body. 

The secondary oocyte then commences meiosis 2 which 

arrests at metaphase and will not continue without 

fertilization. 

At fertilization meiosis 2 completes, forming a second 

polar body. Note that the first polar body may also undergo 

this process forming a third polar body. 
 


background image


background image

:

Polar Body

 

 

Human oocyte at metaphase II showing polar body at 12 

o'clock position. 

The breakdown of the germinal vesicle indicates a 

resumption of meiosis and the extrusion of the first polar 

body (1 PB) indicates completion of the first meiotic 

division in human oocytes. The polar body is a small 

cytoplasmic exclusion body formed to enclose the excess 

DNA formed during the oocyte (egg) meiosis and following 

sperm fertilization.  

There are 2-3 polar bodies derived from the oocyte present 

in the zygote, the number is dependent upon whether polar 

body 1 (the first polar body formed during meiosis 1) divides 

during meiosis 2. This exclusion body contains the excess 

DNA from the reductive division (the second and third polar 

bodies are formed from meiosis 2 at fertilization). These 

polar bodies do not contribute to the future genetic 

complement of the zygote, embryo or fetus. 
 


background image

Recent research in some species suggest that the 
space formed by the peripheral polar body (between 
the oocyte and the zona pellucia) can influence the 
site of spermatozoa fertilization. 

Assisted reproductive techniques involving 
intracytoplasmic sperm injection (ICSI) have looked 
at the "quality" of the polar body and found that the 
morphology is related to mature oocyte viability and 
has the potential to predict oocyte fertilization rates 
and pregnancy achievement. 

 


background image

:

Female Abnormalities

 

 

Trisomy 21 female karyotype 

Meiotic non-disjunction resulting in aneuploidy, 

most are embryonic lethal and not seen. The 

potential for genetic abnormalities increase with 

maternal age. 

Autosomal chromosome aneuploidy 

trisomy 21 - Down syndrome 

trisomy 18 - Edwards syndrome 

trisomy 13 - Patau syndrome 

Sex chromosome aneuploidy 

monosomy X - Turner's Syndrome 

trisomy X - Triple-X syndrome 

47 XXY - Klinefelter's Syndrome 

 


background image

Male Gametogenesis:

 

In males, sperm 

continues to be 

generated 

throughout life 

from a stem cell 

population in the 

testis. 

 Spermatozoa 

maturation involves 

two processes 

meiosis 

and 

spermiogenesis 


background image

Human Spermatozoa Development:

 

 

Spermatogenesis process 
of spermatagonia mature 
into spermatazoa 
(sperm). 

Continuously throughout 
life occurs in the 
seminiferous tubules in 
the male gonad- testis 
(plural testes). 

At puberty 
spermatagonia activate 
and proliferate (mitosis). 

 


background image

about 48 days from entering meiosis until 
morphologically mature spermatozoa 

about 64 days to complete spermatogenesis, 
depending reproduction time of spermatogonia 

follicle stimulating hormone (FSH) - stimulates the 
spermatogenic epithelium 

luteinizing-hormone (LH) - stimulates testosterone 
production by Leydig cells. 

 


background image

Mature human spermatozoa:

 

Mature human 
spermatozoa
60 µm 
long, actively motile 

divided into 3 main 
regions (head, neck and 
tail) 

head - (flattened, 5 µm 
long by 3 µm wide) the 
nucleus and acrosome. 
Posterior part of nuclear 
membrane forms the 
basal plate. 

 

 


background image

neck - (1 µm) attached to basal plate, transverse 

oriented centriole, contains nine segmented columns 

of fibrous material, continue as outer dense fibres in 

tail. 

tail - 3 parts a middle piece, principal piece and end 

piece 

middle piece - (5 µm long) 

axonema

 and dense fibres 

surrounded by mitochondria 

principal piece - (45 µm long) fibrous sheath interconnected by 

regularly spaced circumferential hoops 

end piece - (5 µm long) 

axonema

 surrounded by small amount 

of cytoplasm and plasma membrane 

 


background image

:

Male Abnormalities

 

 

Oligospermia - (Low Sperm Count) less than 20 
million sperm after 72 hour abstinence from sex. 

Azoospermia - (Absent Sperm) blockage of duct 
network. 

Immotile Cilia Syndrome - lack of sperm 
motility. 
 


background image


background image

  Thank you

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abbas Ahmed
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 209 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل