動(dòng)物的性別決定機(jī)制

2024年3月23日發(fā)(作者：如何上好復(fù)習(xí)課)

動(dòng)物的性別決定機(jī)制

性別在動(dòng)物界中是從很低等生物開(kāi)始就已經(jīng)具有的一個(gè)特性，并且這種特性隨著動(dòng)物

分類(lèi)地位的提高而更加顯著。在高等動(dòng)物中雌性和雄性的許多性狀都存在著明顯差異，例

如鳥(niǎo)類(lèi)雌雄個(gè)體間不僅生殖系統(tǒng)間有差異，形體、羽色、雞冠形狀甚至鳴聲也 都不同。

動(dòng)物的個(gè)體發(fā)育除了極低等的幾種以外，多是從受精卵開(kāi)始的，而性別決定與分化基

本上是在胚胎時(shí)期就已完成，對(duì)于不同動(dòng)物而言，其性別決定的影響因子也各不相同。總

的說(shuō)來(lái)，與性別決定有關(guān)的因子有兩大類(lèi)，一類(lèi)是環(huán)境因子，一類(lèi)是遺傳因子。

性染色體就是與性別分化直接相關(guān)的染色體。根據(jù)研究，性染色體的出現(xiàn)最早是在魚(yú)

類(lèi)等較為低等的動(dòng)物當(dāng)中，在兩棲、爬行、鳥(niǎo)類(lèi)、哺乳動(dòng)物中一般都有可以從形態(tài)上鑒別

出的性染色體。

1930年Fisher等人提出假說(shuō)，認(rèn)為哺乳動(dòng)物Y染色體上至少存在一個(gè)與性別決定有

關(guān)的基因，并假設(shè)這個(gè)基因要么與Y染色體連鎖，要么對(duì)位于其它染色體上的性別決定基

因起著調(diào)控作用。1940年Ajost等人通過(guò)閹割胎兔實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到性別決定實(shí)際上等同于睪丸

的決定，直到1 959年人們才真正認(rèn)識(shí)到哺乳動(dòng)物睪丸的分化取決于Y染色體，并推測(cè)Y

染色體上有一個(gè)基因 編碼睪丸決定因子TDF，決定哺乳動(dòng)物胚胎的性嵴發(fā)育為睪丸。

人的Y染色體可以分為兩個(gè)不同的功能區(qū)，一個(gè)是擬常染色體區(qū)，位于Y染色體短臂

末端，可以與X染色體上同源區(qū)段進(jìn)行配對(duì)和交換。第二個(gè)功能區(qū)在減數(shù)分裂時(shí)不與X染

色體進(jìn)行配對(duì) 、交換，而一旦這一區(qū)域與X染色體發(fā)生了不正常的交換，性別決定的染色

體基礎(chǔ)就可能破壞。

60年代初期，一些學(xué)者根據(jù)Y染色體在顯微鏡下可見(jiàn)的缺失或易位及由此而發(fā)生性別

異常的病例之間的關(guān)系初步將TDF定位于Y染色體著絲粒附近，并繪制了Y染色體的缺失

定位圖，將Y 染色體劃分為7個(gè)區(qū)段，但由于Y染色體非常小，不便于從形態(tài)學(xué)水平進(jìn)行

進(jìn)一步的研究。后來(lái)人們主要將TDF的定位和克隆研究工作集中在Y染色體短臂，Page

等人認(rèn)為T(mén)DF應(yīng)位于Y染色體的短臂第一區(qū)段，接近擬常染 色體區(qū)。在此基礎(chǔ)上，他們

將第一區(qū)段進(jìn)一步再細(xì)分為1A1、1A2、1B、1C四個(gè)亞區(qū)。經(jīng)過(guò)31年的不懈努力，1990

年Sinclair等人終于找到了人的性別決定基因的最佳候選基因-SRY基 因，位于1A1亞區(qū)，

距擬常染色體約60kb內(nèi)的PY533附近。這個(gè)基因長(zhǎng)850bp，其轉(zhuǎn)錄區(qū)長(zhǎng)612bp，可

編碼79個(gè)氨基酸序列的鋅指蛋白，能夠結(jié)合在特定DNA片段 上，其中對(duì)人而言是結(jié)合

在牟勒式管抑制基因MIS的啟動(dòng)子區(qū)域，從而抑制牟勒式管發(fā)育成 雌性生殖器，起著抑

制雌性發(fā)育途徑、啟動(dòng)雄性發(fā)育途徑的調(diào)控性別分化的作用。

1990年Koopman等人將一段含有小鼠Sry基因的14kb大小的基因片段通過(guò)轉(zhuǎn)基因

手段導(dǎo)入XX 雌性胎鼠中，結(jié)果導(dǎo)致部分小鼠發(fā)生性反轉(zhuǎn)，睪丸也開(kāi)始發(fā)育，有力地證明

了SRY/Sry基因 就是TDF的說(shuō)法。

自從發(fā)現(xiàn)人的SRY基因以來(lái)，人們?cè)谠S多哺乳動(dòng)物中陸續(xù)找到了SRY基因的同源基因，

如虎、兔、狗、豬、大熊貓、獾、狼、梅花鹿、圓頭鯨、駱駝、赤麂、歐洲癚牛、家牛、

羊、靈長(zhǎng) 類(lèi)和嚙齒類(lèi)的一些動(dòng)物中都找到了雄性特異的Sry基因。

在人類(lèi)中存在一些性別發(fā)育不正常的患者，如XX男性和XY女性，許多對(duì)于這些病例

的研究表 明這些病人的性別異常都與SRY基因的突變、易位或缺失有關(guān)，比如如果染色

體型為XY但Y染 色體上的SRY基因發(fā)生突變或者丟失，患者就會(huì)發(fā)育為女性，而XX個(gè)

體如果其X染色體或常染 色體上易位有SRY基因，則可能會(huì)發(fā)育成男性。

近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)有的SRY基因開(kāi)放閱讀框內(nèi)的突變并不引起性反轉(zhuǎn)，有些患者由于

SRY基因的保守區(qū)發(fā)生突變所致，但患者們的父親雖然具有相同的突變卻沒(méi)有出現(xiàn)性反轉(zhuǎn)。

這就 意味著可能還有另外一些遺傳因子介入了性別的決定與分化。人們還報(bào)道了一個(gè)家族

性XX性 反轉(zhuǎn)男性中并不存在SRY基因，但也有可能發(fā)育成男性，又如已報(bào)道的15例帶

有兩性或女性 外生殖器的患者發(fā)現(xiàn)有X短臂部分的重復(fù)，但其SRY基因卻完整無(wú)損。這

些都說(shuō)明參與性別決定與分化的并不僅是一個(gè)SRY基因，而是由多個(gè)基因共同參與的。經(jīng)

過(guò)研究，人們又找 到了一些與性別決定有關(guān)的基因，如SOX9、WT1、SF1、DAX基因等，

并提出了Z-基因模型、DSS-基因模型等幾種假說(shuō)來(lái)闡釋哺乳動(dòng)物性別決定的機(jī)制。SF-1

在性腺發(fā)育和性別決定中具 有一定的作用，人們?cè)贏MH基因上發(fā)現(xiàn)了SF-1的結(jié)合位點(diǎn)，

并對(duì)AMH的激活是必需的。用基因敲除技術(shù)除去小鼠體內(nèi)的SF-1，小鼠長(zhǎng)大后將不具有

腎上腺和性腺。Wilm‘s腫 瘤抑制因子WT1位于17號(hào)染色體，是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，

可抑制Wilm’s腫瘤的發(fā)生，其突變將導(dǎo)致Denys-Drash綜合征，患者患有Wilm‘s

腫瘤，腎臟和腎上腺發(fā)育異常。WT1對(duì)于性別的 調(diào)控可能是間接的，因?yàn)榈侥壳盀橹股?/p>

未發(fā)現(xiàn)其對(duì)性腺發(fā)育起直接的作用 .SOX9基因是性 腺發(fā)育早期的一個(gè)重要基因，位于人

的17號(hào)染色體，與人的睪丸決定有關(guān)，Goodfellow等人 于1994年克隆了這一基因，

它和SRY/Sry基因的保守框同源性高達(dá)60%以上，其突變將導(dǎo)致Campomelic dyspsia

癥，特征是骨骼發(fā)育缺損，大約有30%的患者同時(shí)還是46XY雌 性，他們的SOX9基因

有的發(fā)生了突變，有的上游發(fā)生了易位。SOX9基因在早期胚胎發(fā)育中的 表達(dá)與間質(zhì)細(xì)胞

從中腎管移出形成精巢有關(guān)，同時(shí)間質(zhì)細(xì)胞還將分化為骨和軟骨組織。

鹿科動(dòng)物中麂亞科的一些動(dòng)物如赤麂、黑麂、貢山麂、菲氏麂等動(dòng)物雄性中有兩條形

態(tài)、結(jié)構(gòu)差別很大的Y染色體。細(xì)胞學(xué)水平的研究認(rèn)為赤麂的Y2染色體才是真正的Y染

色體，Y1染色 體與X染色體長(zhǎng)臂實(shí)際上是一對(duì)常染色體，X染色體短臂才是真正的X染

色體，但這一觀點(diǎn)尚需通過(guò)分子生物學(xué)研究進(jìn)一步證實(shí)。嚙齒類(lèi)中南美倉(cāng)鼠有兩種不同的

Y染色 體，一種能誘導(dǎo)睪丸分化，另一種卻不能。Akodon既有XY雌鼠也有XY雄鼠，

并且在Akodon的Y染色體上存在著2～6個(gè)拷貝的Sry基因，測(cè)序結(jié)果證實(shí)兩種Y染色

體上的Sry基因的 開(kāi)放閱讀框的序列是完全一樣的。在實(shí)驗(yàn)室中讓不同染色體型的倉(cāng)鼠進(jìn)

行交配，發(fā)現(xiàn)XY雌鼠只能由XY雄鼠和XY雌鼠交配才能得到，而不能由XY雄鼠和XX

雌鼠得到。由此推測(cè)這兩種Y 染色體上的Sry基因盡管開(kāi)放閱讀框序列相同，但啟動(dòng)子等

調(diào)控區(qū)域卻可能存在差異而使得兩種Y染色體在性別調(diào)控中起著不同的作用。另外在一些

鼴鼠中則沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Sry基因，這些較為 特殊的動(dòng)物的性染色體在性別決定和分化中如何發(fā)

揮各自作用尚有待于進(jìn)一步的研究。

農(nóng)村里偶爾會(huì)發(fā)現(xiàn)性反轉(zhuǎn)的公雞，本來(lái)是一只能下蛋的正常母雞，后來(lái)卻停止下蛋，

長(zhǎng)出了 同公雞一樣冠和羽毛，并能發(fā)出啼叫聲，甚至還能與正常母雞交配。這種性反轉(zhuǎn)現(xiàn)

象主要是 由于雄性激素的作用。當(dāng)母雞的卵巢因?yàn)椴∽兌l(fā)生萎縮時(shí)，原先處于未發(fā)育狀

態(tài)的另一個(gè)性腺就會(huì)因?yàn)榻獬种贫l(fā)育成睪丸，這樣母雞就會(huì)出現(xiàn)公雞的性征。因?yàn)檫@

種性反轉(zhuǎn)是由 于激素的作用產(chǎn)生的，所以發(fā)生性反轉(zhuǎn)的母雞的染色體并未改變，仍為

ZW.

牛一般是懷單胎的，但有時(shí)也會(huì)懷雙胎，如果雙胎性別不同，則產(chǎn)下的雌牛很象雄牛。

這是因?yàn)樾叟Ｅ咛サ牟G丸發(fā)育較早，先分泌雄性激素，通過(guò)血液循環(huán)流入雌牛胎兒，抑制

了雌性 胎牛的正常的性腺分化。這種雌牛出生后雖然外生殖器象雌牛，但性腺象睪丸，沒(méi)

有生殖能力。

蟲(chóng)益是一種海洋動(dòng)物，其受精卵在海水中漂游，如果落在 海底則發(fā)育為雌蟲(chóng)益，落

在雌蟲(chóng)益上則發(fā)育成雄蟲(chóng)益并寄生其中。因此蟲(chóng)益的性別分化很大程度上是受環(huán)境因素的

影響。

蜜蜂分為蜂王、工蜂和雄蜂三種，蜂王和工蜂是由受精卵發(fā)育來(lái)的，都有32條染色

體，雄蜂是由未受精卵發(fā)育來(lái)的，染色體數(shù)為16.受精卵可以發(fā)育為正常的雌蜂，也可以發(fā)

育 成不良的雌蜂，這取決于營(yíng)養(yǎng)條件對(duì)它們的影響。

大部分哺乳動(dòng)物的性別決定類(lèi)型為XX/XY型，而在兩棲、爬行、鳥(niǎo)類(lèi)和鱗翅目的昆蟲(chóng)

為ZZ/ZW 型。

對(duì)于較低等的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，其雌性和雄性的染色體組成相同，不存在什么明顯差異。從

脊椎動(dòng)物開(kāi)始，有的動(dòng)物不同性別的個(gè)體間的染色體數(shù)目、組成開(kāi)始有了差異，有的甚至

出現(xiàn)了染 色體數(shù)目的多態(tài)現(xiàn)象。但對(duì)大多數(shù)低等脊椎動(dòng)物來(lái)說(shuō)，對(duì)性別分化起重要作用的

仍然是環(huán)境因素。比如對(duì)大多數(shù)魚(yú)類(lèi)而言，水溫、鹽度等條件就決定了它們的性別分化，

有些種類(lèi)如黃 鱔甚至還會(huì)發(fā)生性反轉(zhuǎn)，在黃鱔群體中如果缺少雄性個(gè)體，有的雌性黃鱔就

會(huì)變成雄性。在魚(yú)類(lèi)中也出現(xiàn)了少數(shù)由基因控制性別決定的種類(lèi)，如尼羅河羅非魚(yú)、大鱗

副泥鰍等。在這些 由基因控制性別的種類(lèi)中，又可分為XX/XY決定型、ZZ/ZW決定型等，

大鱗副泥鰍就是ZZ/ZW決定型。

兩棲、爬行動(dòng)物的性別決定方式非常有趣，它們的性別分化多受溫度的影響。某些蛙

類(lèi)雖然分為XX和XY型，如果讓它們的蝌蚪在20℃下發(fā)育，雌雄比例大約為1∶1，如果

讓蝌蚪在30℃ 下發(fā)育，則無(wú)論性染色體如何都發(fā)育成雄蛙。研究表明在兩棲、爬行甚至

某些魚(yú)類(lèi)中也存在SRY基因的同源基因，稱(chēng)為Sox基因，但由于這些動(dòng)物進(jìn)化地位較低，

所以其Sox基因可能在 進(jìn)化上還未發(fā)育成熟，與性別決定沒(méi)有直接的關(guān)系。