鱼类性别决定与分化相关基因的研究进展

鱼类性别决定与分化相关基因的研究进展路畅1,2，苏利娜1，朱邦科 2(1.华中农业大学水产学院，武汉 430070；2.宁波大学海洋学院，宁波315211）摘要：综述了SOX、DMRT、芳香化酶、FTZ-F1、FOXL2、Pod1、GSDF、Fanconi Anemia/BRCA 等一些与鱼类性别决定与分化相关基因的研究动态和进展，旨在为系统研究鱼类性别决定机制提供参考。

关键词：性别决定基因；SOX；DMRT；芳香化酶基因；FOXL2中图分类号：文献标识码：文章编号：Research Progress in the Sex Determination andDifferentiation Genes of FishLU Chang1, 2, SU Li-na1, ZHU Bang-ke2(1.College of Fisheries, Huazhong Agricultural University, Wuhan Hubei 430070;2. Faculty of Marine Sciences, Ningbo University, Ningbo Zhejiang 315211)Abstract:This article reviews the research trends and progress in some sex determination and differentiation genes of fish, such as SOX, DMRT, aromatase, FTZ-F1, FOXL2, Pod1, GSDF and Fanconi Anemia / the BRCA, to provide a reference of fish sex determination mechanism.Key words: sex determination gene；SOX；DMRT；aromatase gene；FOXL2收稿日期：作者简介：路畅，女，硕士研究生，通讯作者：朱邦科，男，博士，副教授，E-mail:zhubangke@1 前言鱼类是脊椎动物中最低等但却是分布最广，种类最多的一类生物。

鱼类在进化上比较原始，与高等脊椎动物相比，其性别决定的遗传力较小。

鱼类的性别发育以遗传因素为基础，并受到外界环境和自身内分泌调节的影响，是三者相互作用的结果，因此鱼类的性别决定机制复杂多变，而且没有一个普遍的模式。

鱼类中存在从雌雄同体到雌雄异体，从遗传决定型到环境决定型的各种性别决定类型，性逆转在鱼类中也是较为常见的现象，基本上具有所有脊椎动物的性别决定方式，因此鱼类是一个极好的研究性别决定机制进化的模型。

了解鱼类性别决定特点对于我们寻找性别相关基因及性染色体有很大的帮助。

鱼类的性染色体组成形式多样，且其性染色体的出现与否及性染色体的种类与它们的系统进化地位无关，在亲缘关系较近的种类中，可能会具有完全不同的性染色体类型，如尼罗罗非鱼（Tilapia nilotica）为XX/XY型，而奥利亚罗非鱼（Tilapia aureus）为ZW/ZZ型[1]。

据统计资料显示，在所研究的鱼类中，仅有10%左右的鱼类具有异型性染色体，只在个别鱼类中，如青鳉（Oryzias latipes）[2]，已鉴定出性别决定候选基因DMY，可以认为其性别是由性别决定基因控制。

但大多数鱼的性别决定基因还有待寻找和证实。

鱼类性别决定的研究主要集中在与性别相关的基因上，如Sox9基因、DMRT1基因、芳香化酶基因、FTZ-F1基因等，近20年来有关鱼类性别决定与分化机理及性别相关基因的研究已取得了很大的进展。

本文就近年来在鱼类性别相关基因方面所做的研究做一个综述。

2 鱼类性别决定相关的基因2.1 SRY、ZFY、HOXSRY（sex-determining region of the Y）是1990年Sinclair等[3]在人类Y染色体上克隆到的一个单拷贝基因，被认为是雄性哺乳动物性别决定的最佳候选基因。

目前，已在黄鳝(Monopterus albus) [4]、斑马鱼(Danio rerio) [5]、泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)[6]等鱼中发现了SRY的同源片段，但该同源片段在雌雄个体中都存在且无差异。

ZFY基因(Zine Finger Y gene，ZFY)位于Y染色体上，是一个较强的转录激活因子，与精子的形成与发生相关。

Ji等[7]在黄鳝基因组中检测出1条能与ZFY探针杂交的512bpDNA 片段，并将该片段定位到黄鳝的1号染色体上，在珊瑚鱼（Anthias squamipinnis）[8]和斑点叉尾鮰(Ictalurus punctatus)[9]中也找到了能与ZFY探针发生特异杂交的片段，但在雌雄个体中无差异。

HOX（homeobox genes）是一组参与动物早期胚胎发育十分关键的基因。

付元帅等[10]对四种鱼央属鱼的研究发现，这四种鱼的HOX基因同源序列均无性别特异性，也无种间和亚种间特异性。

SRY、ZFY和HOX是与哺乳类、鸟类及某些爬行类性别决定相关的基因，在鱼类中发现了它们的同源片段，但与鱼类性别决定的相关性不大。

在性染色体及性别决定机制上，鱼类与其他脊椎动物有很大的不同，这可能与其进化速度及生长环境条件的不同有关。

2.2 SOX基因家族由于SRY产物具有高度保守的HMG（high mobility group box）序列，被统称为SOX (SRY-Related HMG Box)基因家族，其编码的蛋白质可以和特定的DNA序列结合，是一类重要的转录调控因子。

迄今为止，在包括鱼类在内的脊椎动物中发现了至少40种Sox基因，但与鱼类性别决定相关的主要有Sox9、Sox8、Sox3等。

Sox9是紧靠SRY基因的下游基因，被认为是哺乳动物SRY仅有的直接调节的目标基因，在SRY基因表达后被激活，且出现雄性率特异性升高的现象。

Sox9基因在硬骨鱼类中也有类似的作用，促进精巢发育，其表达主要在精子细胞附近。

在几种鱼类生殖腺分化的早期，已报道了关于Sox9基因的不完全性别二态性类型和在雌性个体中存在Sox9基因的表达，这些说明了Sox9在性别决定和性别分化的早期不起主要作用，但它可能参与生精小管后期的发育。

Dong等[11]发现半滑舌鳎（Cynoglossus semilaevis）Sox9a基因在雄性的脑、垂体和性腺中的表达都显著高于雌性，而且Sox9a在9月龄的半滑舌鳎精巢中的表达量达到高峰，并且在原肠胚期的表达量高于其他时期，这说明Sox9a基因对半滑舌鳎的脑-垂体-性腺轴及精原细胞的形成起重要的作用。

在鲤(Cyprinus carpio)[12]、奥利亚罗非鱼[13]等硬骨鱼类中克隆并鉴定出了sox9基因，但其是否与鱼类性别相关，作者没有做出说明。

Sox8是继Sox9之后发现的，它与Sox9有相似的功能，可以替代Sox9的部分功能，但是与Sox9的功能强度相比弱了些[14]。

XX/XY型性别决定的生物中Sox3基因位于X染色体上。

姚波等[15]对斜带石斑鱼(Epinephelus coioides)Sox3基因时空表达的研究证实了Sox3基因在中枢神经系统的发育、卵巢发生和功能维持上有重要作用。

Zhou等[16]在对雌雄同体鱼的研究中发现Sox3在精原细胞中表达，但Sox3继续表达，精原细胞的Sox3阳性向卵原细胞，卵母细胞发育。

相反，如果Sox3停止表达，精原细胞的Sox3阳性则向精子发生发展。

因此，Sox3作为一个转录因子，在卵子发生过程中起的作用比精子发生过程还要大。

Sox基因家族中与性别相关的基因在不同种类鱼中起不同的作用，甚至是相反的作用，Sox8、Sox9对鱼类的雄性发育起到重要作用，Sox3则对鱼类的雌性发育更重要。

2.3 DMRT基因家族DMRT（Double-sex and Mab-3 related transcription factor）是近年新克隆到的一类编码与性别决定相关的转录因子的基因家族，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，其功能可能与精巢足细胞的发育有关。

迄今，已在鱼类、爬行类、鸟类、哺乳类等脊椎动物中检测到了DMRT基因的存在，非脊椎动物如果蝇和线虫中也发现了DMRTl 基因参与性别决定，这充分显示了该基因家族在进化上的高度保守性。

作为发育基因，其作用机理是产生具有时空差异的转录调控因子，以锌指方式与特异的DNA序列结合，在性别决定和分化发育中起调控作用。

对半滑舌鳎[17]、尼罗罗非鱼（Tilapia nilotica）[18]的研究发现DMRT1基因只在成鱼的精巢中特异性地表达，在其他组织中无表达，这说明了DMRT1基因在雄性发育中起到重要作用。

DMRT基因家族的其他成员在性别发育中也起到一定的作用。

DMY(the DM-domain gene on the Y chromosome)基因是在青鳉Y染色体上找到的一段DMRTl的复制片段，雌性个体中没有它的同源序列，这是首次在鱼类基因组中找到，被证明是与精巢发生和分化直接相关的一个性别决定功能基因[2]。

青鳉DMY基因是雄性个体正常发展的重要基因，Masaru等[19]用一个携带DMY基因的117kbDNA片段诱导硬骨鱼类的性别分化，随后发现了青鳉雌性(XX)个体向雄性发展。

对于青鳉而言，雌雄个体的区别只是单个的一个基因，那么我们就可以利用雄性DMY基因的PCR扩增条带的有无鉴定青鳉个体的雌雄性别。

Konda等[20]首先以与青鳉同属的西里伯斯青鳉(Oryzias celebensis)为研究对象，以青鳉DMY和DMRT1基因为探针，用DNA印迹法研究在这种鱼类中是否存在DMY 基因，结果未能检测出雄性特异性带。

但是Matsuda等[21]通过PCR方法在弓背青鳉(Oryzias curvinotus)中克隆到了DMY基因。

由于鱼类在进化上原始而不彻底的特点，在性别决定上出现一定的偏差也是有可能的。

2.4 芳香化酶基因芳香化酶是属于细胞色素P450的一种复合酶，也是体内由雄激素合成雌激素的重要酶类。

在鱼类中，芳香化酶可通过调节体内雄激素和雌激素的比例，进而控制性别分化和发育的方向。

硬骨鱼类有脑型（cyp19a1b）和卵巢型（cyp19a1a）两种芳香化酶基因，它们具有不同的表达调控机制，但具有相同的催化活性。

芳香化酶的生物合成发生在所有脊椎动物中，但在大多数脊椎动物中只分布在脑和性腺中，但在灵长类动物中的分布更广泛，甚至在发育胎儿的胎盘及脂肪组织中[22]。

Shan等[23]对日本鳗鲡（Anguilla japonica）芳香化酶基因的研究发现，脑中芳香化酶的活性在雌雄个体中没有差别，但在卵巢中能检测到该基因，在精巢中却无法检测到，表明了芳香化酶对卵巢的分化起到重要作用。