鱼类性别决定机制的研究进展_杨洁

鱼类性别决定机制的研究进展杨洁１，吴宏达２，范兆廷１＊（１．东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨１５００３０；２．黑龙江省科学院畜牧研究中心，黑龙江哈尔滨１５００８６）摘要：鱼类的性别决定受多方面的调控，主要可分为基因型性别决定和环境型性别决定。文章阐述了鱼类性别决定机制方面的研究进展，近期的研究热点是性别决定的分子机制。关键词：鱼类；性别决定；分子机制中图分类号：Ｑ１３２．１；Ｑ９５３文献标识码：Ａ文章编号：１００２－２９２９（２００７）０３－００１４－０６

性别决定是确定性别分化的方向，指决定未分化性腺向精巢方向发育还是向卵巢方向发育的过程［１］。鱼类性别决定是发育生物学中一个重要的理论问题，全面了解鱼类性别决定的机制和其发育生物学原理，对实现鱼类性别比例的控制具有非常重要的实践意义。对鱼类的性别决定机制进行广泛和深入的研究，不仅可以通过性别分化来研究动物的进化过程，而且可以通过性别调控实现单性化养殖，对水产养殖有重要的实用意义。鱼类的性别决定机制是多种多样的，总体来说，鱼类的性别决定有基因型性别决定（ＧｅｎｅｔｉｃＳｅｘＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ，ＧＳＤ）和环境型性别决定（Ｅｎｖｉｒｏｎ－ｍｅｎｔａｌＳｅｘＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ，ＥＳＤ）两种类型。ＧＳＤ指子代的性别主要由遗传基因来决定，胚胎发育成雌性或雄性取决于其染色体上性别决定的基因或性染色体的组成；ＥＳＤ指子代的性别主要由环境因子决定，受精卵所处环境的温度、湿度、ｐＨ值及一些不确定的因素均有可能影响到子代的性别。１基因型性别决定在基因型性别决定的类型中，较为进化的种类形成了性染色体，而相对低等的种类的性别决定基因则可能分散在常染色体上或者是常染色体上的性别决定基因决定性腺的分化方向。１．１染色体性别机制

几十年的细胞遗传学研究表明，在已发现有性染色体异型的鱼类中，几乎包括了动物世界所有性染色体类型。据统计，目前世界上大约有１６００多种真骨鱼类进行过染色体组型的研究，其中大多数鱼类用常规核型分析方法都很难分辨出性染色体或者是没有性染色体异型。即便如此，人类还是发现了许多鱼类存在性染色体现象。１９８９年前，已被证明具有性染色体机制的种类只有７２种，这其中大部分种类是通过雌核发育或其他遗传学方法证明的。也就是说，鱼类中多数具有性染色体的种类，其性染色体并不存在形态上的异型现象。近年来，国际上发现２０多种有性染色体的鱼类［２－７］。又如花斑剑尾鱼（Ｘｉｐｈｏｐｈｏｒｕｓｍａｃｕｌａｔｕｓ）经遗传学研究证明有性染色体存在，但在细胞学上却鉴定不出［８］。综合各方面的观点，一般认为鱼类性别的染色体决定类型主要有以下几种类型。（１）雄性异配子型，即雄性减数分裂时可产生两种不同的配子。如在鱼类中最普遍的ＸＸ－ＸＹ类型，大多数鱼类属于这种类型，如莫桑比克罗非鱼（Ｏｒｅｃｈｒｏｍｉｓｍｏｓｓａｍｂｉｃｕｓ）、尼罗罗非鱼（Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓｎｉｌｏｔｉｃｕｓ）、虹鳟（Ｏｎｃｏｒｈｙｎｃｈｕｓｍｙｋｉｓｓ）、鲤（Ｃｙｐｒｉ－ｎｕｓｃａｒｐｉｏＬｉｎｎａｅｕｓ）、胡子鲶（Ｃｌａｒｉａｓｆｕｓｃｕｓ）、青

（Ｏｒｙｚｉａｓｌａｔｉｐｅｓ）［９］等。又如ＸＸ－ＸＯ类型，其雄性

有一条染色体缺失，即从雄性处获得Ｘ染色体的

收稿日期：２００７－０４－０２作者简介：杨洁（１９８２－），女，硕士研究生，研究方向：水产动物育种。＊通讯作者

鲴将

渔业经济研究２００７年第３期－１４－后代为雌性，未获得性染色体的为雄性，即雄性的性染色体对后代的性别有决定性作用［１２］。褶胸鱼（Ｓｔｅｒｎｏｐｔｙｘｄｉａｐｈａｎａ）、宽鳍珍灯鱼（Ｌａｍｐａｎｙｃｔｕｓｒｉｔ－ｔｅｒｉ）等属于这种类型。

（２）雌性异配子型，即雌性的配子类型决定后代的性别。如ＺＷ－ＺＺ类型，Ｗ和Ｚ染色体是决定性别的染色体。日本鳗鲡（Ａｎｇｕｉｌｌａｊａｐｏｎｉｃａ）、奥里亚罗非鱼（Ｏｒｅｃｈｒｏｍｉｓａｕｒｅａ）、大鳞副泥鳅（Ｐａｒａ－ｍｉｓｇｕｒｎｕｓｄａｂｒｙａｎｕｓ）［１１］、Ｔｒｉｐｐｏｒｔｈｅｕｓ［１２］等属于这种类型。又如ＺＯ－ＺＺ类型，与ＸＸ－ＸＯ类型不同的是，缺少一条染色体的是雌性，即能获得雌性Ｚ染色体的后代为雄性，反之，为雌性。短颌鲚（Ｃｏｉｌｉａｂｒａｃｈｙｇｎａｔｈｕｓ）等属于该种类型。（３）复性染色体决定型，一种多个性染色体的性别决定的类型。如Ｘ１Ｘ１Ｘ２Ｘ２／Ｘ１Ｘ２Ｙ型，包括鱼类锈色阿湖鱼（Ａｗａｏｕｓａｅｎｅｏｆｕｓｃｕｓ）、一种墨西哥科鱼类（Ｍｅｇｕｐｓｉｌｏｎａｐｏｒｕｓ）、Ｐａｒａｂｌｅｎｎｉｕｓｔｅｎ－ｔａｃｕｌａｒｉｓ［１３］等。（４）常染色体决定型，性别可能主要由常染色体上的性别决定基因来决定，如斑马鱼（Ｂｒａｃｈｙ－ｄａｎｉｏｒｅｒｉｏ）［１４］。（５）性染色体和常染色体共同决定型，在Ｃｙ－ｐｒｉｎｉｆｏｒｍｅｓ，Ｃｙｐｒｉｎｏｄｏｎｔｉｆｏｒｍｅｓ，Ｐｅｒｃｉｆｏｒｍｅｓ，Ｓａｌ－ｍｏｎｉｆｏｒｍｅｓ等目中，至少发现２０多个鱼类物种具有ＸＸＡＡ♀／ＸＡＡＹ♂决定型和ＺＺＡＡ♀／ＺＡＡＷ♂决定型［１５］。可见，鱼类的染色体组型在不同种类之间存在很大差异，染色体性别决定机制也是多种多样的。虽然目前针对染色体的研究不能发现所有类群的性染色体，但这些基础工作为进一步开展性别决定基因的研究提供了宝贵的资料。１．２分子性别决定机制随着分子生物学技术的迅猛发展，对鱼类性别决定的研究也逐渐在分子水平上进行。如：Ｓａｋａｍｏｔｏ等［１６］绘制了虹鳟（Ｏ．ｍｙｋｉｓｓ）微卫星连锁图谱，得出雌、雄鱼染色体端区重组率有差异；Ａｌｍｅｉｄａ－Ｔｏｌｅ等［１７］分析了Ｇｙｍｎｏｔｉｆｏｒｍｓ的一种雄鱼Ｙ染色体中粒区和雌性相应端区，认为其上存在少量的Ｇ＋Ｃ丰带可能是鱼类性别基因分化中比较普遍的现象。鱼类性染色体上有关性别决定的基因的研究已经取得了一定的进展。１．２．１重复序列重复序列与基因进化有着密切的联系。已有一些研究证明在性染色体的分化进化中，重复序列可能起着一定的作用，但其是否一定构成性别决定基因仍有待研究［１８－２２］。Ｂｏｒｋｈｓｅｎｉｕｓ等［１８］

通过研究红大麻哈鱼（Ｏｎｃｏ－

ｒｈｙｎｃｈｕｓｎｅｒｋａ）中Ｓａｕ３Ａ重复序列，证明Ｓａｕ３Ａ影

响Ｏ．ｎｅｒｋａ的性别决定。Ｎａｎａｄａ等［１９－２０］先后对网纹（Ｐｏｅｃｉｌａｒｅｔｉｃｕｌａｔａ）和标识斑剑尾鱼（Ｘｉｐｈｏｐｈｏｒｕｓｍａｃｕｌａｔｕｓ）的性染色体上的重复序列进行了研究，

认为重复序列是性染色体分化必需的组成部分。Ｓｔｅｉｎ等［２１］

通过对大鳞大麻哈鱼（Ｏｎｃｏｒｈｙｎｃｈｕｓｔｓｃｈ－

ａｗｙｔｓｃｈａ）中重复序列的研究发现，串联重复ＤＮＡ是鉴定其是否具有Ｙ染色体的可靠标志。１．２．２芳香化酶基因

芳香化酶是一种膜结合酶，能将雄激素转化为雌激素，同时芳香化酶是催化雌二醇合成的关键酶［３３］。在虹鳟（Ｏｎｃｏｒｈｙｎｃｈｕｓｍｙｋｉｓｓ）和尼罗罗非鱼（Ｏｒｅｃｏｈｒｏｍｉｓｎｉｌｏｔｉｃｕｓ）的性分化期，芳香化酶在所有ＸＸ雌性性腺呈高水平表达，而在ＸＹ雄性性腺的表达却很低［２２］。对日本比目鱼（Ｐａｒａｌｉｃｈｔｈｙｓｏｌｉｖａ－ｃｅｕｓ）和尼罗罗非鱼（Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓｎｉｌｏｔｉｃｕｓ）芳香化酶

基因的表达及作用研究表明，温度升高时，两种鱼的性别偏向于雄性，同时，鱼体内芳香化酶的ｍＲＮＡ水平下降，雌二醇水平也降低［２３，２４］

。Ｋｗｏｎ

等［２５－２６］用一种芳香化酶的化学抑制剂处理ＹＹ雄性尼罗罗非鱼（Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓｎｉｌｏｔｉｃｕｓ）鱼苗，发现能抑制高温时的雌性化。１．２．３Ｓｏｘ基因家族

ＳＲＹ（ＳｅｘＤｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇＲｅｇｉｏｎ，Ｙ）作为Ｓｏｘ基

因家族的代表，对于哺乳动物睾丸的发育有着决定性的影响。我国学者在对鱼类ＳＲＹ基因同源性研究中发现，经性激素诱导发生性反转的鱼类（泥鳅、大鳞副泥鳅和黄鳝等）有与ＳＲＹ结合的同源片断［２７］。Ｓｏｘ基因在哺乳类性别决定中有重要作用，其功能已有非常系统的研究［２８－３０］。Ｓｏｘ９是另一个在早期生殖嵴中表达的Ｓｏｘ基因，它与Ｓｏｘ３基因一样也在其他组织中表达，尤其是在软骨组织中［３１］。Ｓｏｘ９最初在雌雄生殖嵴中都表达，直到ＳＲＹ基因

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－１５－渔业经济研究２００７年第３期开始表达，随后Ｓｏｘ９基因的表达局限于雄性生殖嵴，紧接下来就是支持细胞的发育，因此，有人称之为支持细胞分化因子［３２］。Ｓｏｘ９已被证明是参与性别决定的基因，在雌、雄性别的基因组中均存在［３３］。目前在许多种鱼类中开展了Ｓｏｘ基因的研究。比如在黄鳝中，把黄鳝的Ｓｏｘ９定位于６号染色体，Ｓｏｘ１７定位于５号染色体上，但是研究结果显示，黄鳝性别决定与ＳＲＹ基因不相关［２０］，接下来，Ｗａｎｇ等［３４］在黄鳝上分离、克隆了Ｓｏｘ基因；常重杰等［３５－３７］在对泥鳅和大鳞副泥鳅Ｓｏｘ８和Ｓｏｘ９基因的保守性分析中未发现性别特异性的杂交带；通过Ｎｏｒｔｈｅｒｎ杂交分析表明，Ｓｏｘ９与精巢形成和分化有关，并发现在大鳞副泥鳅中的Ｓｏｘ９基因有内含子。陈金平等［３８］对史氏鲟和大麻哈鱼Ｓｏｘ基因保守区和Ｓｏｘ９基因保守区内含子的遗传变异性进行了研究，结果表明大麻哈鱼存在两种不同形式的Ｓｏｘ９基因，其内ＨＭＧｂｏｘ内含子分别为３０３ｂｐ和２５８ｂｐ，史氏鲟Ｓｏｘ９基因内含子为５７２ｂｐ。另外，学者在研究黄鳝和虹鳟的Ｓｏｘ基因家族发现，它们各具有２个不同的Ｓｏｘ９基因，黄鳝的为Ｓｏｘ９ａ和Ｓｏｘ９ｂ基因。人们推断Ｓｏｘ基因的重复或许与硬骨鱼整个基因组的复制有关，或许一些重复序列实际上是假基因［３９］。１．２．４ＤＭＹ基因鱼类性别决定研究中，人们通过对青（Ｏｒｙｚｉａｓｌａｔｉｐｅｓ）Ｙ染色体上的性别决定相关区段的分析，发现了一个只局限于在ＸＹ精巢中表达的性别决定基因ＤＭＹ（Ｄｏｕｂｌｅｓｅｘ／Ｍａｂ－３ＤｏｍａｉｎｏｆＹＣｈｒｏｍｏｓｏｍｅ）［４０］。ＤＭＹ基因是第一次在非哺乳类的脊椎动物体内鉴定出的性别决定候选基因。并不是青的所有种系都存在ＤＭＹ，现阶段其他的硬骨鱼类种也未发现其同源基因［４１］。所以，ＤＭＹ并不是一个广泛存在的性别决定基因，不同种或不同品系的鱼类间可能存在不同的性别决定基因［４０］。１．２．５ＤＭＲＴ基因家族ＤＭＲＴ１（Ｄｏｕｂｌｅｓｅｘ－ａｎｄＭａｂ－３－ＲｅｌａｔｅｄＴｒａｎｓ－ｃｒｉｐｔｉｏｎＦａｃｔｏｒ１）基因具有一个锌酯样的ＤＮＡ结合结构域，称为ＤＭ结构域（ＤＭ－ｄｏｍａｉｎ）。人们认为它是脊椎动物中最原始的性别决定基因。随着研究的进行，从青中克隆出了一个ＤＭＲＴ１（ＤＭ－ＲｅｌａｔｅｄＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎＦａｃｔｏｒ１）基因的拷贝，命名为ＤＭＲＴ１Ｙ［４２］，它具有与ＤＭＹ相似的性别决定作用。ＤＭＲＴ１本来是近年新克隆到的，被认为是脊椎动物中最原始的性别决定基因，位于常染色体上（即在雌雄性基因组中均存在），但雌雄中的表达不同。ＤＭＲＴ１在罗非鱼和虹鳟中表达都呈现出雄性特异