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在一些性染色构成为XY或ZW型的硬骨鱼中,性别是由与性别决定有关的所有基因的累加效应决定的,并非由一个基因决定。

这些基因可能位于性染色体上,也可能位于常染色体上。

性别决定中的环境因素硬骨鱼在胚胎发育及幼年时对外界的各种条件非常敏感,如温度,PH,种群密度,群体间的交互作用等都有可能引起群体性别比例的变化。

一、温度温度的改变可能因为改变了性别决定的生化途径,从而改变了硬骨鱼的性别。

由于不同物种对热的敏感度不同,所以温度的变化对硬骨鱼性别的影响也各不相同。

在大多数热敏性鱼类中,特别是在发育的早期阶段,高温能够增加群体中雄性的比例,低温能增加群体中雌性的比例。

但在少数热敏性鱼类中,高温能够增加群体中雌性的比例。

在一些鱼类(如红鲈、食蚊鱼)中,发现温度变化并不能改变性别的比例。

有人认为温度敏感性有可能是一种可以遗传的性状。

二、PH在少数硬骨鱼中发现,高PH能减少雄鱼的比例。

三、群体效应在雌雄同体的硬骨鱼中,发现性逆转受制于群体密度和群体的性别比。

群体信号可能有:

两性间行为上的交互作用,相对大小,性别比,外激素等。

但是,确切的机制仍然未知的。

性腺分化一、PGCs斑斑马马鱼鱼胚胚胎胎发发育育中中PGCs的的迁迁移移过过程程鱼类像其他脊椎动物一样,PGCs在生殖腺发育位点外面形成,随后迁移到生殖脊的顶部并发育成生殖细胞,PGCs的定向移动依靠各种分子信号。

PGCs的形成与生殖质有密切关系,并且含有生殖质的细胞将发育成PGCs。

基因Vasa是一种能转录翻译成RNA解旋酶的基因,它分布在生殖质中,并且具有PGCs表达的特异性。

最近,Lietal.(2009)在斑马鱼中发现了SSB-4(SPRYdomainSOCSboxprotein)mRNA出现在受精后24到72小时的胚胎的PGCs中,猜测SSB-4可能与生殖细胞的形成有关。

二、性腺的发育鱼类生殖腺无皮质和髓质之分,其两性输导管的来源和结构也各不相同,有些鱼,如板鳃类和其他较高等脊椎动物的生殖导管一脉相承,即雄性输精管为伍氏管,米氏管退化,而雌性则伍氏管退化,输卵管为米氏管;

但有些鱼如硬骨鱼类则不同,其输导管是由生殖腺本身伸出1根槽形管道,再与相邻的体腔壁贴合而成,或仅由生殖腺本身发生的管子向后伸长,直达生殖孔,而不依靠任何合作。

由于硬骨鱼类性腺没有双重起源以及鱼类生活环境千差万别,决定了鱼类性别类型也多种多样。

根据性腺功能可分为雌雄同体,雌雄异体。

Yamamoto根据性别稳定性又把雌雄异体分为分化型或未分化型性别。

Saitoh报道了泥鳅存在多性别染色体系统。

Yamazaki则更明确地提出,大部分没有性染色体的鱼类,其常染色体所具有的雄性或雌性异配性别基因不仅可以使后代雌雄性别出现11的比率,而且可以产生性功能上的雌雄同体。

相关基因在哺乳动物中已报道了许多性别决定基因,包括Sox9、Wt1、Dax1、Sf1、otCYP19、Wnt44、Dmrt1和Amh等,这些基因也已经在其他多种脊椎动物中克隆获得。

这些基因的结构具有保守性,但它们调节是多样的。

例如Sry相关基因Sox最近也在多种鱼类中开展研究,Sox基因编码参与脊椎动物在性别决定和其他发育过程的转录因子家族。

在罗非鱼性别相关基因研究中,也主要集中于利用哺乳类或其他脊椎动物中已发现的性别基因序列,寻找其同源基因或序列,再确定其与罗非鱼性别的关系。

尼罗罗非鱼性别决定相关基因DMRT基因家族DMRT基因家族是一类下游性别决定基因,编码一种结合在DM-bindingmotif(DM-domain)的蛋白质,它含有果蝇doublesex基因和线虫mab-3基因共有的DM-domain(doublesex和mab-3基因编码的蛋白质结合的DNA基序)。

DMRT基因是一类转录调控因子,该基因编码的产物通过锌指结构与特异的DNA序列相结合,调控基因表达,控制性别的分化发育。

目前已在鱼类、爬行类、鸟类及哺乳动物中检测到DM-domain的存在,这充分表明了该基因在脊椎动物进化过程中的高度保守性。

Guan等从尼罗罗非鱼性腺中分离了2段包含DM-domain的序列,编码2个不同的基因Dmrt1和Dmo,分别在精巢和卵巢中显著表达。

实验显示Dmrt1具有与Sry一致的序列,而Dmo却没有。

这些基因的图谱位置没有与任何确定的性别决定QTL区域重叠。

Dmrta2和Dmo(Dmrta1)属于同一基因家族,即Dmrt基因的DMRTA亚家族。

分析Dmrta2的Sry相关转录因子结合位点以及研究Dmrt2对罗非鱼其他DM-domain基因表达是否有调整作用是非常有意义的。

在斑马鱼和鳗鲡中曾有报道指出:

对不同性别而言,Dmrt1具有特定的可选择性剪切。

在人类的Dmrt2中也观察到DM基因的选择性剪切产物。

尽管如此,目前在罗非鱼的Dmrt基因中还没有没有发现这一现象。

最近日本的研究者发现,在尼罗罗非鱼的性别还没有开始分化之前,通过定量PCR和原位杂交的方法已经可以检测到Dmrt1在雄鱼原始生殖细胞周围的细胞中表达,这些细胞将来发育成sertoli细胞和精巢输出管的上皮细胞。

在成熟的雄鱼中,它特异地表达于sertoli细胞。

而在雌鱼的发育过程中,此基因表达量很低,几乎检测不到。

如果用雌激素处理XY雄鱼,基因表达水平下降。

反之,在用雄激素处理的XX雌鱼中,基因表达量明显上升。

因此,鉴于如上表达特征,研究者建议将Dmrt1作为尼罗罗非鱼精巢分化过程中的分子标记。

DAX1转录抑制因子在哺乳动物中,DAX1是一个有效的转录抑制因子。

DAX1可能通过与SF-1直接相互作用来抑制SF-1和WT-1的相互作用。

Wang等通过RT-PCR和5RACE及3RACE首次克隆了尼罗罗非鱼全长1378bp的DAX1,包括一个开放阅读框和一个120bp的5UTR,编码296个氨基酸。

运用RT-PCR技术,在成年雌鱼和雄鱼的大脑、垂体、鳃、心脏、脾、肝脏、肠、精巢、卵巢、肾和肌肉组织中均检测到了DAX1基因,其中精巢中的表达水平最高。

有趣的是,与雌性相比,雄性大脑、肌肉和肠中的DAX1表达水平更高,而且尽管在性腺发育过程中DAX1的表达没有性别差异,在性别分化的关键时期却发现DAX1表达量显著增加,由此可见DAX1有可能与罗非鱼的性腺发育有关。

SHP家族SHP和DAX1属于同一核受体亚家族。

SHP是一个不寻常的孤儿受体。

它包含一个配体结合区,但没有保守的DNA结合区。

对哺乳动物SHP研究结果表明,它与一些其他的性别激素受体相互作用,包括类维生素A受体、甲状腺激素受体、雌激素受体和雄激素受体,并且抑制它们配体依赖的转录激活作用。

Wang等通过RT-PCR和RACE法克隆了尼罗罗非鱼的SHP,全长1236bp,包括一个开放阅读框和120bp的5UTR,编码258个氨基酸。

运用RT-PCR方法在所有检测的成年组织中均能检测到SHPmRNA,Northern也得到了相同的结果。

其中肝脏和肠中的表达水平最高,而且在雌雄个体相同组织中的表达水平没有差别。

利用RT-PCR检测尼罗罗非鱼性别决定和分化时期性腺中SHP基因的表达,发现两性性腺在孵化后第5天、10天、15天、20天、35天和95天中都连续检测到SHPmRNA。

实际上,罗非鱼的SHP表达在孵化后第5天前就开始了。

SHP的早期表达说明它在鱼类性别分化发育过程中可能发挥着重要作用。

AMH1947年有实验证实,在人类雄性胎儿的发育过程中有一不同于睾酮的因子引起了缪勒氏管的退化,此物质即为抗缪勒氏管激素(AMH)。

AMH是与转化生长因子(TGF)相关的分子量为140kD的二聚体蛋白,它与抑制素(Inhibins)、活化素(Activins)、骨形态形成蛋白(BMPs)、生长分化因子(GDFs)等共同构成TGF超家族。

目前为止,硬骨鱼类AMH的转录调节还未阐明。

但是,鱼类AMH基因启动子序列中包含调节哺乳动物AMH的转录因子的假定结合部位。

在尼罗罗非鱼中,定量PCR结果表明,此基因在幼鱼性别分化开始时(出膜后15d),XY幼鱼性腺中的表达量急速上升,直到35d。

而同一发育时期,XX幼鱼中表达了量很。

oP450arom在卵生动物中,卵巢细胞色素P450芳香化酶(oP450arom,Cyp19b)在卵黄生成过程中起关键作用。

Chang等首次在尼罗罗非鱼中克隆了oP450arom,体外试验表明在尼罗罗非鱼中,孤儿核受体Ad4BP/SF-1是oP450arom表达和活性的转录调节因子之一。

Northeren印迹分析显示,在罗非鱼受精后05doP450arom和Ad4BP/SF-1的表达水平与卵巢发育同步上升,在第811天急剧下降。

而在排卵的时候(第14天),两个相关基因的表达均测不到。

类似于哺乳动物的oP450arom,在罗非鱼颗粒细胞中的促性腺激素诱导下,oP450arom能催化17-雌二醇的合成,雌二醇是促性腺激素(LH)的重要底物56-58。

在尼罗罗非鱼的卵黄生成过程中,oP450arom活性和基因表达稳步上升。

另外,在性别分化关键时期,oP450arom的表达水平在遗传型雄鱼中下降,但在遗传型雌鱼中上升。

也曾有报道,在卵滤泡细胞中,放线菌素D完全抑制oP450arom的活性和基因表达量的上升。

这些结果表明,oP450arom表达的调控是在转录水平。

分别在28、36用芳香化酶抑制剂AI处理罗非鱼,在2种温度下都使遗传型雌性尼罗罗非鱼幼鱼转化成雄性表型,但是也抑制高温时YY超雄鱼雌性化。

高温可以使一些遗传雄性尼罗罗非鱼性化,特别是YY雄性个体。

但是连续实验发现,AI可以抑制高温的这一效应。

由此推测,芳香化酶对激素合成的影响也是双向化的,在性别分化的关键时期,低芳香化酶活性引起雄性化,与温度或是基因型无关。

这也表明,高温时,卵巢芳香化酶基因在遗传型雌性体内是下降的,同样温度下在遗传型雄性体内是上升的。

可以确定芳香化酶基因在染色体遗传型性别决定(GSD)和温度依赖型性别决定(TSD)中起关键作用,但是同一信号(高温在不同基因型中)出现相反结果,目前对此现象尚不清楚。

讨论鱼类性别决定和分化的机制极其复杂,有雌雄异体和雌雄同体以及发育过程中的性逆转类型,并且鱼类的染色体组型在不同种类之间存在很大差异(XX/XY、ZZ/ZW、ZO等)。

因此,遗传因素可能只是作为鱼类性别发育的基础,提供了最基本的两性性别发育的可能性,而性别分化则是在各种遗传因素和外部环境因子相互作用下实现的。

温度、pH值、盐度、光照、水质、食物丰度和种群内部关系等诸多外界环境因素对不同种鱼类的性别决定和分化的影响各不相同,这也决定了鱼类性别决定机制必然呈现多样化。

研究的三个方向:

1、相关基因级联作用的原理;

2、转基因样品的使用和重要基因的转录的抑制技术能确定性别决定和分化中的基因的确切功能;

3、对硬骨鱼原生殖细胞迁移的研究以及PGCs和间质细胞的交互作用的研究能从细胞水平上

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