温度依赖型性别决定的分子机制.pdf

1、温 度 依 赖 型 性 别 决 定 的 分 子 机 制聂 刘 旺 (安 徽 师 范 大 学 生 物 系 ,芜 湖 241000)多 数 爬 行 动 物 缺 乏 异 型 性 染 色 体 ,它 们 的 性 别 不是 在 受 孕 时 决 定 ,而 是 由 孵 化 卵 的 温 度 来 决 定 的 。 温度 依 赖 型 性 别 决 定 的 现 象 早 在 三 十 年 前 就 被 发 现 ,但有 关 其 机 制 的 研 究 少 有 进 展 。 在 过 去 的 几 年 里 ,由 于SR Y基 因 的 发 现 ,对 XY染 色 体 (或 遗 传 的 ) 性 别 决 定( GSD) 机 制 的 分 子 基 础

2、的 研 究 已 取 得 重 大 进 展 。 现今 ,比 较 TSD 和 GSD 机 制 已 成 为 可 能 。 TSD 已 在 一 些进 化 上 较 古 老 的 脊 椎 动 物 中 发 现 ,由 此 人 们 推 测 它 是一 种 较 古 老 的 性 别 决 定 形 式 。 而 GSD 机 制 由 此 进 化而 来 。 如 果 这 一 推 测 是 正 确 的 话 ,那 么 ,这 两 种 机 制 就可 能 共 享 了 一 个 共 同 的 分 子 途 径 。 本 文 对 TSD 机 制的 目 前 研 究 作 了 一 介 绍 ,提 出 了 一 些 必 须 解 决 的 问 题 ,以 便 更 好 地 理

3、解 TSD 机 制 的 分 子 基 础 。1 TSD 机 制 的 概 述 :发 育 的 胚 胎 所 产 生 的 最 典 型 的 结 果 之 一 是 性 别 决定 。 物 种 的 延 续 依 赖 于 胚 胎 分 化 形 成 雄 性 或 雌 性 个 体的 能 力 ,因 而 ,性 别 决 定 的 机 制 一 定 是 十 分 健 全 。 自 然界 中 ,性 别 决 定 的 机 制 有 多 种 类 型 :11 染 色 体 (遗 传 型 )性 别 决 定 ;21 环 境 性 别 决 定 。 31 孤 雌 生 殖 。 环 境 性 别决 定 是 指 子 代 的 性 别 归 宿 于 胚 胎 发 育 的 环 境

4、信 号 而 不依 赖 于 合 子 的 遗 传 组 成 。 许 多 的 遗 传 因 子 可 以 影 响 胚胎 的 性 别 发 育 ,如 密 度 ,含 水 量 ,p H 值 ,最 典 型 的 是 孵化 温 度 。 TSD 最 主 要 的 特 点 是 较 小 的 孵 化 温 度 的 改 变能 够 决 定 子 代 是 否 为 雄 性 或 雌 性 。 因 而 ,多 数 孵 化 温度 下 ,子 代 的 性 比 ( / + )总 是 出 现 明 显 的 偏 差 。具 有 TSD 现 象 的 物 种 通 常 总 是 缺 乏 性 染 色 体 。目 前 ,在 几 乎 所 有 鳄 类 动 物 中 均 发 现 为 T

5、SD 类 型 ,龟类 和 蜴 动 物 既 有 TSD 类 型 ,又 有 GSD 类 型 ,而 几 乎 所有 蛇 类 仅 发 现 存 在 GSD 机 制 。 美 洲 的 密 西 西 比 鳄 是目 前 最 被 广 泛 研 究 的 一 种 具 TSD 机 制 的 动 物 ,在 这 一动 物 中 ,30 或 低 于 30 下 的 孵 育 温 度 将 产 生 100 %的 雌 性 ,33 产 生 100 %的 雄 性 ,35 则 产 生 大 约 90 %的 雌 性 ,而 其 间 的 温 度 则 产 生 不 同 的 性 比 。 这 种 雌 雄 雌 FMF 型 性 别 决 定 不 仅 在 密 西 西 比 鳄

6、中 存 在 ,在 其 它 具 TSD 机 制 的 物 种 中 也 十 分 多 见 。亲 缘 关 系 较 近 的 爬 行 动 物 种 间 ,即 有 GSD 又 有TSD 机 制 的 现 象 ,使 得 我 们 可 以 相 信 ,这 两 种 机 制 的 进行 过 程 可 能 是 相 似 的 ,导 致 性 腺 分 化 的 因 子 在 哺 乳 动物 和 爬 行 动 物 中 可 能 是 十 分 保 守 的 。 因 此 ,在 爬 行 动物 中 ,已 被 分 离 和 鉴 定 的 具 控 制 哺 乳 动 物 性 腺 发 育 的基 因 可 能 在 爬 行 动 物 中 具 有 类 似 的 功 能 。 通 过 对 哺

7、 乳动 物 性 别 决 定 分 子 遗 传 的 研 究 ,我 们 可 以 推 断 在 TSD机 制 中 的 分 子 面 貌 。2 爬 行 动 物 中 与 性 别 有 关 的 特 异 DNA 序 列 的 发 现如 前 所 述 ,蛇 类 大 多 是 雌 性 异 配 性 别 ,性 染 色 是ZW。 Singh 等 于 1980 报 道 ,他 们 在 印 度 产 的 一 种 雌 蛇中 (Bungarus fasciatus) 分 离 到 一 种 高 度 重 复 的 卫 星DNA 序 列 (B KM) 。 继 后 又 发 现 B KM 在 海 龟 中 也 存 在性 别 特 异 性 ;用 B KM 探 针

8、 与 原 始 种 类 的 蛇 如 蟒 科 的Ergxjohni 和 Xenopeltis U nicolor 进 行 杂 交 时 ,发 现 这种 与 性 别 有 关 的 序 列 散 布 在 许 多 大 型 染 色 体 上 ,这 些原 始 种 类 的 蛇 没 有 异 型 性 染 色 体 ,这 类 探 针 与 小 鼠 染色 体 进 行 原 位 杂 交 ,则 显 示 位 于 雄 性 小 鼠 Y染 色 体 近着 丝 粒 区 ,因 而 人 们 推 测 B KM 在 脊 椎 动 物 性 别 决 定 机制 中 起 一 定 作 用 。 研 究 表 明 ,B KM 具 有 许 多 GA TA 或GACA 的 重

9、 复 单 位 ,它 们 在 性 反 转 小 鼠 中 Xsxr 区 段 与编 码 睾 丸 决 定 基 因 ( Tdf) 的 序 列 相 连 ,因 而 ,表 现 为 随Tdf 而 被 动 转 录 ; Y 染 色 体 上 靠 近 Tdf 位 点 的 GA TA重 复 序 列 的 大 小 似 乎 相 当 随 机 而 与 性 别 决 定 无 关 ; 人类 的 Y染 色 体 上 几 乎 不 含 这 一 序 列 更 加 证 实 B KM 与性 别 决 定 关 系 不 大 。3 爬 行 动 物 H2Y抗 原 基 因H2Y抗 原 是 一 种 雄 性 特 异 的 组 织 相 容 性 抗 原 ,在脊 椎 动 物 的

10、 进 化 过 程 中 高 度 保 守 ,广 泛 存 在 于 人 和 脊531998 年 10 月生 物 学 杂 志J OURNAL OF B IOLO GY Vol. 15 No. 5 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/椎 动 物 的 异 配 性 别 中 ( XY型 性 别 机 制 中 存 在 于 雄 性中 ;ZW 则 存 在 于 雌 性 中 ) 。 Zaborski 等 于 1970 年 提 出 ,H2Y抗 原 在 龟 类 中 是 睾 丸 决 定 因

11、 子 ( Tdf) ,而 温 度 可 使这 种 蛋 白 的 作 用 发 生 逆 转 。 然 而 ,对 H2Y抗 原 以 及 这种 性 逆 转 龟 ( Siebenrockiella crassicollis) 的 进 一 步 研 究表 明 ,其 雌 性 为 H2Y 阳 性 ,而 雄 性 却 为 异 配 性 别 ( XY型 ) 。 从 而 否 定 了 H2Y抗 原 基 因 是 Tdf。 Bull 也 从 理 论背 景 上 进 行 了 阐 述 ,他 认 为 如 果 TSD 机 制 是 从 GSD 机制 (XX/ XY型 )进 化 而 来 的 话 ,那 么 在 转 变 成 TSD 时 ,要 么 X染

12、 色 体 要 么 Y染 色 体 可 能 会 丢 失 ,从 而 TSD 种类 不 存 在 有 异 配 性 别 ;之 后 的 文 章 中 ,他 进 一 步 认 为 两种 性 别 间 没 有 遗 传 差 异 是 ESD 机 制 的 先 决 条 件 。 但实 事 上 ,爬 行 动 物 仍 然 具 有 H2Y抗 原 ,且 仍 为 雄 性 特 异抗 原 。 Mardon 等 在 对 一 种 性 反 转 小 鼠 的 实 验 结 果 表明 ,虽 然 性 反 转 小 鼠 ( XXsxr) 仍 有 睾 丸 ,但 却 检 测 不 到H2Y原 ,也 否 定 了 H2Y抗 原 的 理 论 。近 年 的 实 验 表 明

13、,H2Y抗 原 基 因 位 于 小 鼠 Y染 色体 的 短 臂 上 ,与 小 鼠 Tdf 紧 密 连 锁 ,但 并 非 同 一 基 因 。对 人 类 性 反 转 患 者 的 研 安 也 表 明 H2Y抗 原 位 于 人 类 Y染 色 体 的 长 臂 上 ,而 人 类 TDF 则 位 于 Y染 色 体 的 短 臂上 。 进 一 步 研 究 还 发 现 人 类 X染 色 体 上 也 存 在 同 源 基因 Zfx ,因 此 ,现 在 人 们 倾 向 认 为 ,H2Y抗 原 是 一 种 重 要的 睾 丸 分 化 因 子 ,但 不 是 唯 一 的 和 主 要 的 睾 丸 诱 导 因子 。4 爬 行 动

14、物 ZF Y基 因 的 研 究一 般 认 为 ,ZF Y基 因 所 编 码 的 锌 指 蛋 白 是 一 种 转录 因 子 ,在 基 因 转 录 水 平 上 ,与 DNA 结 合 ,可 能 起 调 控睾 丸 的 作 用 。 鉴 于 这 一 推 测 ,早 在 1988 年 ,Bull 等 采 用人 类 的 ZF Y探 针 pDP1007 与 几 种 爬 行 动 物 的 基 因 组DNA 进 行 了 杂 交 检 测 ,发 现 爬 行 动 物 中 存 在 ZF Y同 源序 列 。 这 种 保 守 性 和 广 泛 性 也 得 到 了 Valleley 等 的 证实 。 他 们 克 隆 了 密 西 西 比

15、 鳄 的 ZF Y同 源 基 因 Zfc ,并 进行 了 序 列 测 定 ,结 果 显 示 ,在 氨 基 酸 水 平 上 ,ZF Y和 Zfc具 有 91 %的 同 源 性 。 这 种 同 源 性 说 明 了 由 这 一 基 因 编码 的 功 能 也 具 有 同 源 性 。 1994 年 Spotila 等 从 蛇 鳄 龟( Chelydra scrpentina)中 也 克 隆 了 该 基 因 ( Zfc) ,序 列 分析 与 人 、 小 鼠 、 家 鸡 、 鳄 类 均 具 有 较 高 的 同 源 性 ,DNA序 列 的 同 源 性 从 80 % 98 % ,氨 基 酸 序 列 的 同 源

16、性 从65 % 96 %。鳄 类 和 龟 类 中 ,其 两 性 性 别 均 发 现 有 ZF Y同 源 基因 的 存 在 ;其 表 达 研 究 表 明 ,鳄 类 在 胚 胎 发 育 期 间 ,多个 组 织 中 均 有 该 基 因 的 活 性 表 达 ,没 有 证 据 表 明 Zfc 有性 别 特 异 性 的 功 能 。 因 此 ,它 在 TSD 机 制 中 的 作 用 尚不 清 楚 ,它 不 是 性 别 决 定 的 主 要 信 号 ,而 是 可 能 在 性 别分 化 的 级 联 作 用 中 担 任 某 一 角 色 或 是 作 为 一 般 的 转 录因 子 。5 爬 行 动 物 SR Y基 因

17、的 研 究SR Y 是 目 前 大 家 公 认 的 TDF 最 佳 候 选 基 因 。1991 年 , Tiersch 等 利 用 哺 乳 动 物 SR Y保 守 基 序 区 的一 个 探 针 对 多 种 脊 椎 动 物 进 行 了 杂 交 分 析 ,性 别 特 异的 杂 交 带 仅 出 现 在 人 和 哺 乳 类 、 而 在 鱼 类 、 鸟 类 、 爬 行类 和 无 颌 类 等 雄 性 和 雌 性 中 均 有 一 致 的 杂 交 带 ,没 有性 别 特 异 性 ,在 爬 行 动 物 中 ,具 有 GSD 或 TSD 的 种 类间 也 无 性 别 特 异 的 杂 交 带 型 。 迄 今 ,已

18、有 两 种 具 有TSD 机 制 的 爬 行 动 物 ( A lligator missippiensis 和 Chely2dra serpentino) 进 行 了 SR Y2box 基 因 的 克 隆 和 序 列 分析 。 在 鳄 类 中 ,SR Y2box 基 因 主 要 有 三 种 类 型 ,其 相 似性 分 析 表 明 ,它 们 与 小 鼠 SOX 基 因 的 相 似 性 程 度 比 与人 类 SR Y基 因 或 小 鼠 Sry 的 相 似 性 程 度 更 高 ,这 种 相似 性 可 能 反 应 了 功 能 上 的 同 源 性 ,至 于 对 性 别 决 定 的作 用 ,尚 需 进 一

19、 步 研 究 , Spotila 等 从 龟 类 中 克 隆 的SR Y2box 基 因 也 具 有 上 述 同 样 的 特 点 。 他 们 在 龟 类 中克 隆 到 10 个 SR Y2box 基 因 ( Sra) ,它 们 与 鸟 类 ( L arusf uscus)等 的 SR Y2box 基 因 (由 常 染 色 体 编 码 ) 也 具 有 较高 的 同 源 性 ,其 范 围 从 40 % 81 %。 最 近 ,作 者 对 中 国产 三 种 龟 类 (平 胸 龟 Platysternon megacephalum 、 乌 龟Chinemys reevesn、 中 华 鳖 T1sinen

20、sis) 的 SR Y2box 基 因进 行 了 初 步 研 究 。 采 用 能 特 异 扩 增 男 性 SR Y保 守 序列 的 一 对 引 物 对 三 种 龟 进 行 PCR 扩 增 ,该 引 物 能 特 异扩 增 SR Y 基 因 的 开 放 阅 读 框 架 ,扩 增 产 物 为 482bp。结 果 显 示 ,三 种 龟 的 PCR 扩 增 产 物 与 人 的 一 致 ,也 为482bp。 该 产 物 经 过 southern 转 移 能 与 SR Y 探 针p Y53. 3 特 异 杂 交 ,且 只 显 示 一 带 。 PCR 产 物 经 单 链 构象 多 态 检 测 表 明 ,中 华

21、 鳖 和 平 胸 龟 的 雄 性 和 雌 性 间 没有 大 小 差 异 ;鸟 龟 在 两 性 间 的 差 异 不 明 显 ,三 种 龟 与 人(男 )的 片 段 差 异 也 很 小 。 表 明 该 序 列 在 人 和 龟 类 中 相当 保 守 ,其 同 源 性 大 小 和 在 性 别 决 定 中 的 作 用 则 尚 待研 究 。爬 行 动 物 的 SR Y2box 基 因 在 胚 胎 发 育 过 程 中 的 表达 研 究 进 行 得 较 少 。 目 前 仅 在 美 国 密 西 西 比 鳄 中 进 行过 有 关 研 究 ,他 们 采 用 PCR 产 物 作 为 探 针 ,以 检 测 鳄类 SR

22、Y2box 基 因 的 胚 胎 表 达 和 一 些 组 织 特 异 性 ,结 果表 明 ,从 胚 胎 发 育 的 第 3、 16 和 20 期 (stages) 取 得 的 胚胎 总 mRNA 与 探 针 杂 交 没 有 显 示 有 发 育 时 期 的 特 异631998 年 10 月生 物 学 杂 志J OURNAL OF B IOLO GY Vol. 15 No. 5 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/性 ,而 在 不 同 的 组 织 中 ,同 一

23、 发 育 时 期 的 组 织 表 达 差 异也 不 明 显 。 在 人 类 中 ,SR Y基 因 只 在 睾 丸 组 织 中 表 达 ,而 在 卵 巢 、 肺 和 肾 中 均 不 表 达 ,此 外 SR Y虽 然 在 成 年期 睾 丸 组 织 中 持 续 地 表 达 ,但 迄 今 并 未 发 现 有 与 期 在生 殖 嵴 中 类 似 的 功 能 活 性 ,这 充 分 说 明 SR Y基 因 的 表达 具 有 空 间 和 时 间 特 异 性 。 一 般 认 为 ,SR Y是 一 种 转录 因 子 ,通 过 对 其 它 基 因 的 表 达 调 控 而 对 雄 性 性 别 的分 化 起 开 关 作

24、用 。 爬 行 动 物 中 , SR Y2box 基 因 的 表 达未 见 有 类 似 哺 乳 动 物 SR Y基 因 表 达 的 时 、 空 特 异 性 ,因 而 其 在 性 别 决 定 中 的 作 用 有 待 进 一 步 研 究 。6 爬 行 动 物 TSD 的 分 子 机 制目 前 为 止 ,关 于 TSD 分 子 机 制 ,国 外 学 者 作 了 不少 工 作 ,现 主 要 有 以 下 几 种 观 点 :611 构 象 改 变 (Conformational change)学 说Johnston(1995) 认 为 ,温 度 会 影 响 SR Y 蛋 白 的 表达 或 活 性 ,从 而

25、 激 活 雄 性 性 别 分 化 途 径 或 抑 制 雌 性 分化 途 径 。 这 一 假 说 的 实 验 基 础 来 自 于 对 美 国 密 西 西 比鳄 ( FM 型 )的 研 究 。 该 种 的 雄 性 决 定 基 因 的 表 达 是 温度 依 赖 型 ,在 较 高 的 孵 育 温 度 下 ,性 别 决 定 的 敏 感 时 期中 ,一 些 基 因 的 产 物 过 度 表 达 ,从 而 确 定 了 雄 性 发 育 ,而 在 较 低 温 度 时 ,这 些 基 因 的 产 物 含 量 则 较 低 。 这 些过 度 表 达 的 产 物 作 用 途 径 是 什 么 以 及 功 能 如 何 迄 今

26、尚不 清 楚 。 构 象 改 变 学 说 似 可 解 释 FM 型 或 MF 型 TSD机 制 。 但 对 FMF 型 性 别 决 定 来 说 ,温 度 对 构 象 的 改 变则 至 少 有 两 种 形 式 。 如 美 洲 产 的 一 种 鳄 中 ,孵 化 温 度在 31 以 下 和 35 以 上 均 发 育 成 雌 性 ,中 间 温 度 则 为雄 性 。 Johnston 推 测 ,在 这 样 的 一 些 种 类 中 ,决 定 雄 性发 育 的 蛋 白 构 象 可 能 要 求 十 分 严 格 ,只 有 在 适 合 的 温度 下 ,才 能 产 生 雄 性 发 育 的 特 异 构 象 ;而 对

27、于 雌 性 发 育而 言 ,其 构 象 的 改 变 影 响 不 大 。 因 而 ,仅 在 某 些 范 围 较小 的 温 度 下 孵 育 才 能 产 生 雄 性 ,而 雄 性 则 在 多 种 温 度下 可 以 产 生 。612 阈 值 假 说 ( The threshold hypothesis)Deeming(1988 ,1989)认 为 睾 丸 的 发 育 依 赖 于 胚 胎发 育 关 键 时 期 雄 性 决 定 因 子 ( male determin factor ,MDF)的 产 生 ,在 适 宜 的 温 度 下 ,MDF 的 积 累 达 到 某 一阈 值 水 平 就 发 育 成 雄 性

28、 ,若 达 不 到 就 发 育 成 雌 性 。 这一 假 说 可 以 解 释 某 些 种 类 在 一 特 定 温 度 下 ,胚 胎 即 可发 育 成 雄 性 又 可 发 育 成 雌 性 的 现 象 ,这 可 能 是 不 同 的胚 胎 产 生 MDF 的 速 率 不 同 而 导 致 的 。 Smith (1994) 对密 西 西 比 鳄 的 胚 胎 性 腺 发 育 观 察 表 明 ,在 发 育 的 特 定阶 段 ,足 细 胞 (sertoli cell)的 阈 值 数 量 达 到 一 定 值 后 ,胚胎 就 发 育 成 雄 性 ,否 则 就 发 育 成 雌 性 ,因 此 ,足 细 胞 可能 就

29、是 MDF。然 而 , TSD 机 制 可 能 比 上 述 的 情 形 更 为 复 杂 ,研 究表 明 与 雌 性 决 定 因 子 ( Female determing factor ,FDF) 也有 关 。 在 受 精 卵 开 始 孵 化 时 ,所 有 胚 胎 都 具 有 发 育 成雄 性 或 雌 性 的 潜 能 ,如 果 在 温 度 敏 感 期 之 前 ,FDF 己 积累 到 某 一 阈 值 水 平 ,胚 胎 就 发 育 成 雌 性 ,而 此 后 的 温 度变 化 将 不 会 产 生 影 响 。 这 一 推 测 可 用 孵 化 卵 的 温 度 变异 试 验 来 证 实 。 如 某 些 鳄

30、类 (MF 型 ,33 以 下 为 雌 性 ,30 以 下 为 雄 性 ) 产 下 的 卵 ,在 温 度 敏 感 期 之 前 ,先 孵育 在 34 35 ,而 在 温 度 敏 感 期 转 移 到 30 以 下 来 孵化 对 某 些 胚 胎 性 别 无 影 响 ,子 代 总 有 一 定 数 量 的 雌 性个 体 ,这 可 能 就 是 在 34 35 时 ,FDF 产 生 较 快 ,积 累值 已 经 达 到 一 定 水 平 的 缘 故 。613 类 固 醇 激 素 效 应图 1 鳄 类 在 三 种 不 同 温 度 下 性 别 决 定 的 模 式fig2 The hypothetical schem

31、es of sex determination ofAlligator at three different temperature发 育 中 的 胚 胎 用 激 素 处 理 可 改 变 性 腺 的 分 化(Johnston ,1995) ,在 产 生 雄 性 的 温 度 下 ,雌 二 醇 可 刺 激卵 巢 的 分 化 。 两 种 龟 类 的 研 究 表 明 ( Gutzke , 1988 ;Wibbels ,1991) ,类 固 醇 的 敏 感 时 期 与 温 度 的 敏 感 时 期大 致 平 行 且 对 性 别 决 定 有 协 同 效 应 。 睾 酮 也 可 诱 导 卵巢 发 育 ,这 是

32、 由 于 睾 酮 芳 构 化 (aromatization) 成 为 雌 二醇 。 非 芳 构 化 的 雄 性 激 素 对 性 腺 分 化 产 生 雄 性 效 应 。这 些 实 验 表 明 ,具 TSD 的 爬 行 动 物 雌 性 的 发 育 是 一 个被 动 状 态 ,一 些 条 件 作 用 于 它 可 诱 导 雄 性 的 发 育 ,这 与雄 性 发 育 是 由 于 特 殊 因 子 的 积 累 是 一 致 的 。 类 固 醇 激素 有 两 个 效 应 : (1) 外 界 条 件 不 适 于 MDF 的 迅 速 积 累时 ,胚 胎 发 育 成 雌 性 (2) 如 果 温 度 和 雌 二 醇 具

33、 有 共 同731998 年 10 月生 物 学 杂 志J OURNAL OF B IOLO GY Vol. 15 No. 5 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/的 生 理 途 径 ,则 激 素 可 促 使 雌 性 的 发 育 。614 温 度 修 饰 模 型Spotila 等 (1994) 认 为 , TSD 机 制 是 一 种 未 分 化 的性 腺 发 育 的 修 饰 过 程 ,这 种 修 饰 过 程 归 因 于 一 个 或 多个 特 异 DNA

34、序 列 的 差 异 表 达 ,而 这 种 表 达 又 受 到 某 一温 度 敏 感 的 过 程 或 类 似 于 蛋 白 一 样 分 子 的 基 因 产 物 不同 作 用 所 控 制 。 图 3 为 TSD 的 一 个 模 型 ,该 模 型 认 为温 度 作 为 修 饰 剂 (媒 介 ) 改 变 了 X 分 子 的 空 间 构 型 ,在产 生 雄 性 的 温 度 上 ,X结 合 到 增 强 子 上 ,这 样 就 大 大 刺激 了 基 因 转 录 ,产 生 大 量 的 睾 丸 分 化 所 必 需 的 基 因 产物 ,而 在 雌 性 产 生 温 度 下 ,分 子 X 有 不 同 的 构 型 ,其 不

35、能 与 增 强 子 结 合 ,从 而 仅 有 少 量 的 基 因 产 物 ,性 腺 则 发育 成 雌 性 。图 2 TSD 机 制 作 用 的 机 理 模Fig3 The pattern of the temperament madifying上 述 的 假 设 模 型 虽 没 有 直 接 的 证 据 ,但 已 有 一 些实 验 结 果 是 支 持 的 : (1) 在 性 别 决 定 的 温 度 敏 感 时 期(指 性 腺 从 未 分 化 到 开 始 性 别 分 化 的 转 变 时 间 ) (ther2mosensitive)有 多 种 内 源 类 固 醇 类 激 素 和 促 类 固 醇 生

36、成的 酶 存 在 。 (2)大 量 的 研 究 显 示 外 源 类 固 醇 激 素 处 理 ,能 够 掩 盖 温 度 的 作 用 ,诱 导 卵 巢 或 睾 丸 的 发 育 。 (3) 对龟 类 ( M aloclemys Terrcpin. TSD) 的 实 验 表 明 ,p450 芳香 化 酶 (Aromatase) 抑 制 因 子 能 显 示 破 坏 卵 巢 的 分 化 。(4)有 一 些 证 据 认 为 雌 激 素 和 温 度 可 能 作 用 在 同 一 生理 途 径 上 。 (5)对 E1 orbicularis 的 研 究 表 明 ,在 诱 导 雌性 产 生 的 温 度 下 ,性 腺

37、 中 雌 激 素 量 比 诱 导 雄 性 产 生 的温 度 中 的 要 高 得 多 ,且 芳 香 化 酶 的 活 性 也 要 高 许 多 ,这是 由 于 在 雌 性 诱 导 温 度 下 ,芳 香 化 酶 大 量 产 生 的 缘 故 。对 于 芳 香 化 酶 基 因 表 达 的 调 控 ,虽 然 在 爬 行 动 物 中 尚未 进 行 研 究 ,但 来 自 哺 乳 动 物 研 究 结 果 ,则 显 示 其 与SR Y基 因 有 关 。 因 此 , TSD 机 制 似 乎 也 和 哺 乳 动 物 一样 ,由 温 度 引 起 SR Y的 表 达 ,从 而 启 动 性 腺 发 育 的 一系 列 级 联

38、作 用 。对 于 上 述 的 假 设 ,尚 有 许 多 问 题 需 要 解 决 ,首 先 是温 度 变 化 如 何 转 变 成 分 子 信 号 ? 这 种 信 号 的 受 体 是 什么 ? 它 的 传 递 途 径 如 何 ? 等 等 。 因 此 ,这 一 问 题 的 研究 不 仅 可 解 决 爬 行 动 物 性 别 决 定 机 制 ,也 会 使 人 类 性别 决 定 之 谜 得 以 解 开 。TSD 和 GSD 两 种 机 制 在 分 子 不 平 上 的 一 致 性尽 管 目 前 对 TSD 机 制 的 细 节 尚 不 清 楚 ,然 而 越 来越 多 的 迹 象 表 明 ,其 性 别 决 定

39、的 策 略 与 GSD 可 能 十 分相 似 。 其 论 据 有 如 下 几 个 方 面 : (1) 龟 类 和 蜥 蜴 中 ,亲缘 关 系 较 近 的 种 间 既 有 GSD 机 制 又 TSD 机 制 ;在 某 些鱼 类 的 种 内 ,依 据 生 活 的 环 境 不 同 ,既 可 采 用 GSD ,又可 采 用 TSD ,如 一 种 太 平 洋 银 鱼 ( Menidia menidia) ,其北 部 的 群 体 显 示 为 GSD ,而 较 南 部 地 区 的 群 体 则 显 示为 TSD。 这 些 现 象 说 明 这 两 种 机 制 的 本 身 也 具 有 极 其相 近 的 关 系 。

40、 (2) 由 于 人 类 和 哺 乳 动 物 的 性 别 决 定 机制 研 究 的 长 足 进 展 ,如 今 在 具 TSD 机 制 的 物 种 中 采 用同 样 的 研 究 策 略 已 成 为 可 能 。 遗 传 的 同 源 性 比 较 可知 ,在 GSD 机 制 中 性 别 特 异 的 DNA 序 列 在 TSD 机 制的 物 种 中 同 样 存 在 ,如 上 述 的 B KM、 ZF Y/ ZFX 和 Sox基 因 。 SR Y已 被 认 为 是 人 类 和 哺 乳 动 物 性 别 决 定 的 最佳 候 选 基 因 。 其 它 的 Sox 基 因 家 族 的 成 员 在 性 别 决 定中

41、 也 起 重 要 作 用 ,如 Sox9 基 因 作 用 于 SR Y 基 因 的 下游 ,其 突 变 可 导 致 人 类 性 反 转 。 在 具 TSD 机 制 的 爬 行动 物 中 普 遍 存 在 多 个 Sox 基 因 ,表 明 两 者 的 性 别 决 定具 有 较 好 的 遗 传 同 源 性 。结 语 :综 上 所 述 ,爬 行 动 物 的 性 别 决 定 机 制 具 有 多 种 类型 ,在 爬 行 动 物 各 大 类 群 中 分 布 很 广 ,有 些 科 、 属 甚 或同 一 种 不 同 居 群 中 也 有 多 种 性 别 决 定 机 制 分 布 。 这 种广 泛 的 分 布 ,说

42、明 了 爬 行 动 物 在 性 别 决 定 机 制 的 起 源上 有 独 到 的 研 究 价 值 。爬 行 动 物 性 别 决 定 分 子 机 制 的 研 究 表 明 ,它 们 如同 高 等 哺 乳 动 物 一 样 ,具 有 特 异 DNA 序 列 (B KM)和 性别 特 异 的 H2Y 抗 原 ,以 及 与 睾 丸 形 成 (决 定 ) 有 关 的SR Y2box ,ZF Y同 源 序 列 存 在 ,说 明 其 起 源 是 相 同 的 。系 统 分 析 认 为 ,哺 乳 动 物 SR Y基 因 来 于 早 期 爬 行 动 物SR Y2box 基 因 的 染 色 体 重 排 。 至 于 SR Y2box 基 因 的 功能 则 尚 待 进 一 步 研 究 。831998 年 10 月生 物 学 杂 志J OURNAL OF B IOLO GY Vol. 15 No. 5 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/