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果蝇的性别决定方式

果蝇的性别决定方式

【篇一:

果蝇的性别决定】

果蝇的性别决定果蝇的性别分化需要很多调控环节,我们先看一下总的途径,然后再介绍细节。

果蝇早期胚胎中性指数(sexindex)(x:

a)

决定了性

别的分化。

与性指数相关的性别决定途径是由thomasclinebaker(1984,1993)及其同事们建立的的。

在些途径中有主调节基因和系列性别特异基因,它们涉及到rna的不同剪接,产生不同的雌性和雄性的转录因子。

在此调节途经的第一步是由性指数(x染色体的条数和常染色体组数之比)x:

a的比例决定的。

性指数使转录因子具有特殊的浓度。

而这种特殊的浓度充当了主调节基因的开关。

当开关打开时rna能正常剪切而产生下一步调节的活性转录因子,从而激活雌性特异基因,使胚胎发育为雌体;若开关是关闭的,那么因剪接的方式不同选择性地产生了另一种转录因子,它能激活性特异基因,使胚胎发育为雄体。

在讨论性别决定调节途径的细节之前,我们先来了解一下性别特异突变。

性别转换基因tra(transformer)发生突变使得x:

a比率为雌性(x:

a=1)的果体发育成雄性表型,但核型并不改变。

双重性别基因dsx(doublesex,)突变使个体变成为间性,而不受性染色体的控制。

还有一种突变会导致一种性别致死,这就是性别致死sxl(sex-lethal)基因,其突变有的等位基因是隐性的,可特异导致雌性致死;而另一些等位基因是是显性的,可导致雄性致死。

无女儿da(daughterless,)基因是母体基因,对性别决定具有母体效应,da纯合时母体不产生“女儿”,而“儿子”发育却正常,这是由于其产物对sx1的早期表达起着正调控作用。

在卵产生时da若无活性,那么在受精后无论X染色体数量如何,都不能激活SX1,结果所有的子代都向雄性方向发育,但XX个体因x-连锁基因的剂量比xy多了一倍,因剂量不适而死亡。

特大刚毛基因emc

(extramacrochaetae)也是母体效应基因,其作用与da相反,是sx1的负调因子,emc的突变将抑制雄性方向的发育。

合子中染色体上的da和emc两个基因并不影响合子本身的性别发育。

(―)果蝇y染色体的功能果蝇的y染色体与精子发生有关,而尚未发现它在性别决定中有任何功能。

x/o型的果蝇可以发育为雄体,y染色体在体细胞中可以丢弃,但在初级精母细胞中都处于活跃状态,X/o雄蝇精子发生受到严重的干扰,产生的精子无活动能力。

y染色体有6个雄性可育性基因(长臂4个,短臂2个),而在x染色体上无相应的等位基因。

这6个基因只转录,不翻译,每个基因转录成一种灯刷环,这种灯刷环是一个转录单位,它们和一些蛋白质结合形成不同形态的rnp,分别命名为套索状,棒锤状,管带状,丝状,球果样结构。

一个或多个灯刷灯刷环失活都会引起雄性不育。

可见是精子发生不可缺少的。

其特点是(

1)不翻译;

(2)rna很大,约为1500kb,(3)有ys和ya两种序列。

ys是特异

序列,约有200—2000个拷贝;ya是y-装配顺序(y-associatedsequence),一个家族只出现在一个环上,长约400b;(4)能形成二级结构;(5)能富集蛋白,形成rnp0y染色体对某些蛋白起着调控作用。

x/0雄果蝇精集中有3种蛋白(包括微管蛋白)的量明显下降,而这些蛋白都不是y染色体编码的。

微管蛋白的mrna在x/0雄果蝇中并不减少,可见y染色体可能在微管蛋白翻译水平上起到调节的作用。

x染色体上的星状

(stellate)位点编码p17蛋白,在x/0雄蝇的精母细胞中该蛋白由于过多合成而形成结晶,y染色体对其有调节功能,调节位点不在灯刷环上,而在可育位点k12-k13之间。

有部分y-rna存在核内,在精子细胞中仍存在这些rna,它可以与dna互补,通过反义抑制进行调节。

y-rna的二级结构是结合蛋白所需,而且这些蛋白可能和凝聚与去凝聚的过程有关。

从上面的介绍不仅是了解了果蝇y染色的功能,而且使人们不难理解了为什么果蝇的性别决定似乎完全和y染色体无关。

(-)性指数的作用果蝇虽然是xy型的动物,但y染色体并不起作用,而是取决于性指数。

性指数决定性别的机制是建立于卵巢和早期合子中合成的基因产物的互作。

这些基因分为三类,即母体效应基因,其中da,her

(hermaphrodite两性的)为正调控因子,emc,gro(groucho

喜怒的)为负调控因子。

合子中表达的x-染色体上的基因和常染色体

上的基因,它们的产物相互作用,为sx1的激活提供信号。

目前已搞清了其中一部分细节。

母体基因产物和部分合子基因产物是hlh(helix-loop-helix)家族

中的转录因子。

它们可以是同二聚体,也可以是异二聚体。

hlh蛋白可能受到其它不同二聚体蛋比例的调控,即分子因素和分母因素。

在母体基因和合子基因的相互作用中,x-染色体基因产物的作用称为

分子因素(numeratorelements),而常染色体基因产物的作用称为分母因素(denominatorelements)。

雌性(xx)的x-连锁的分子因素是雄性个体(xy)的二倍,而在二性中分母因素的产物量是相同的,这样雌,雄的x:

a的比率分别为1.0和0.5。

性指数决定性别的机制是将合子中分子因素在两性中的量的差别转变为sx1基因转录的“全”或“无”二个迥然不同的质的效应。

现已发现的分子因素有sis-a(sisterless-a无姐妹-a)。

sis-b,sis-c,run

(runt侏儒基因),分母因素有dpn(deadpan无表情的)。

其中sis-a蛋白含锌指结构;sis-b、dpn、da、emc蛋白均可形成hlh结构。

一种可能是sis-b和其它的分子基因产物或与da蛋白,或相互间,或与常染色体的分母基因以浓度依赖性方式形成hlh-聚体。

其中某些异二聚体将作为sxl基因的激活转录因子,而有的可能以其它方式进行调节。

分子基因编码蛋白产生得越多,那么由它们形成的激活二聚体的水平了越高。

在雌果蝇(x:

a=1.0)中有足够的激活二聚体去打开sxl基因,而在雄果蝇中(x:

a=0.5)转录因子的浓度就不足以激活开关基因sxlo分母基因的产物和起负调控的emc可能与母体效应基因产物,与分子基因产物形成没有功能的二聚体。

(三)sxl基因是主开关在果蝇囊胚形成前或形成时,通过对性指数的计量决定是否打开sxl基因。

sxl基因是性别决定的总开关,它能永远保持在“开”和

“关”的状态。

当x:

a转录因子浓度达到一定时(x:

a=1.0),sxl基因处在“开”的状态。

而在雄体中x:

a=0.5转录因子未能达到一定的域值,sxl基因处于关闭状态。

sxl基因有早期和晚期两个启动子(pl和pe)和8个外显子,在第2个外显中有翻译的起始密码子aug,而在第3和第8个外显子中有终止密码子uga。

早期起动子是调节型的,由母体效应基因,分子'分母因子共同调控。

这个启动子开始的转录是选择性的,即可以跳过第3个外显子,这样也就避免了中途的终止密码子,使翻译可以一直达到最后一个外显子中的uga,产生有活性的sxl

蛋白(350aa组成)。

囊胚形成后x:

a转录因子和母体效应基因的产物已不复存在,pl再已不能被激活,而晚期启动子pe是组成型表达的,无需母体基因及分子、分母因子的调控、激活,所以可在两种性别的囊胚形成后开始表达,sxl蛋白含有一定浓度的碱性氨基酸,是一种rna-结合蛋白,它可以改变晚期启动子产生的sxl初始转录本的剪接,在雌果蝇中由于已存在早期启动子合成的SX1,因此可以对晚期启动子的mrna进行适当剪接,从而能产生有活性的

SX1,这就是SX1的自我调节的功能。

这样SX1的活性在雌体中得到了维持。

雄体(x:

a=0.5)其SX1早期启动子无法被激活,也就不能产生SX1蛋白,而晚期启动虽能启动,但初始转录物就不能得到sx1的适当剪接,第3个外显子也被转录,这样在起始点不远的位点就出现了终止密码,这便是雄性特异性的mrna,只能产生一个很短没有功能的sx1多肽。

在雌体中sx1的自我反馈调节维持sx1的正常表达起到了重要的作用。

但还有其它的基因也涉及到维持sx1的表达,如男性化基因vir(virilizer,),老处女基因snf(sansfille,),它们突变后sx1因不能维持高水平的表达而阻滞雌性发育。

还有一个母性效应基因叫做雌性致死fl

(2)d(female-lethal-2d,)基因。

其突变会影响到sx1晚期转录的雌性特异剪接。

(4)sx1控制体细胞性别分化基因。

在果蝇性决定的途径中在sx1下游的还有tra,tra-2,双重性别基因dsx(doublesex)间性基因ix(intersex),两性基

因her(hermaphrodite)和不育基因fru(fruitless)等。

产生有功能的tra蛋白,sx1蛋白的存在可以改变tra基因转录本的剪接。

一种剪接方式在雌雄两性中都存在,那就是没有sx1的指导,产生的rna的前部含有终止密码子。

最终产生的tra蛋白是没有功能的。

在部分雌体细胞中sx1蛋白的

存在与tramrna前体相作用,结合在非性别专一性,3'端剪接位点附近抑制了通常使用的非性别专一的3’端剪切位点,当这

个位点被跳越过时,便使用下一个第3个外显子中含有的uga,结果使约一半tramrna前体,产生雌性特异性剪接,形成包括全长orf的成熟的mrna,这种mrna编码有活性的tra蛋白。

tra-2基因有多个起始位点和多腺昔加尾位点,加上选择性剪接,就能产生很多不同的相关rna,编码一系列相关蛋白,这些蛋白都含有arg-ser富集区和一个rna识别区域(rrm),这是几个已知的作为rna剪接因子的rna结合蛋白的特点之一,表明tra-2的功能也与rna剪接有关。

有些tra-2rna只存在雄性生殖细胞中,为正常精子发生所需,此和性别决定无关。

另一些tra-2的产物在两性的体细胞中都存在,无性别差异,而只有在tra蛋白存在对tra-2蛋白才显示出影响性别分化的功能。

tra可能通过与tra-2形成某种复合体的形式共同作用,通过对dsx的mrna前体的雌性剪接,表达为雌性异的dsxf,从而进一步控雌性化发育。

dsx座位有两种彼此排斥的表达方式,在雌性中在tra和tra-2的作用下,dsx的mrna初始转录本中从内含子的5'到其3'端被切除,结果翻译终止于外显子4未端的uag处,形成一个较小的蛋白dsxf;在雄性中tra蛋白无功能,tra-2不能与其形成复合物,dsx的剪切也就不受二者的影响,从内含子3

切除了,使翻译一直进行到第6个外显子,产生一个较大的dsxm蛋白。

tra和tra-2调节的作用和sx1有2点不同:

(1)前者使剪接的结果存在中途的终止位点,而后者相反切除了中途终止位点,使蛋白有功能;

(2)tra和tra-2在两性中不同的剪接虽也产生不同的蛋白,但都有活性,仅功能不同。

而SX1的作用结果是产生有活性的SX1和tra,而没有sx1指导的剪接,sx1和tra都没有活性。

两性基因ix(interser,)§前了解不多,经遗传分析表明ix产物可与dsx相互作用,在雌蝇中促使dsxf对雄性分化起抑制作用,是雌性分化所需的基因。

her基因是母体温度敏感基因,它在果蝇性别决定途经的前、后两个位置上,都

起到调节作用。

其本身是一种具有锌指结构的转录因子。

在途径的后部与ix作用的位置相同。

(5)剂量补偿作用

在所有xy型的生物中,由于雌性有两条x染色体,而雄性仅一条x染色体,那么按理说x连锁基因表达的量雌、雄之间是不同的,雌性所具有的x-连锁基因的产量是雄性的2倍,但实际上是相近的,这就是通过一种剂量补偿机制来调节的,但不同的生物这种剂量补偿机制也是不同的。

果蝇的剂量补偿效应仍通过SX1蛋白来调节的。

有一组基因称为雄性特异致死效应基因(male-specificlethaleffects),这组基因已发现有4个:

ms1-1vms1-2、ms1-3、和mle(maleless)。

前3个基因都位于第2号染色体上,仅mle在第3号染色体上。

用它们的抗体进行免疫反应,表明msls蛋白在雄性的x染色体上有数百个结合位点,而在雌性x染色体上却没有。

表明msls可能直接介导剂量补偿,调节同一条x染色体上性连锁基因。

这4个基因的产物可能相互结合成异聚复合体。

一系列证据表明sx1基因通过阻止雌性x染色体的过度转录来调节剂量补偿。

SX1功能的打开和关闭就像控制体细胞分化那样控制剂量补偿。

近期用特异的多克隆抗体与X体色体的结合实验研究了SX1的表达,结果表明SX1在细胞中表达的水平与msl和x染色体结合能力相一致,这就意味着sxl的表达可能促使msl与x染色体的结合,从而抑制了x-染色体基因的过度表达。

msl-2是作为剂量补偿的开关基因。

也是sx1调节目标的候选者。

msl-2蛋白只在雄果蝇中存在,若在雌体中意外表达,则导致了另一

些msls广泛地积聚在x-染色体上,彼此相间排列。

sx1蛋白也是通过选择性剪接的机制对msl-2进行负调节。

在雄性中无sx1,msl-2转录本5'上游区域的一个内含子被切除,而在雌性中sx1正好结合在此5'上游内含子上,使其得以保留,而这个内含子上有终止密码子,使翻

译过早终止,产生无功能的msl-2o

msls的调控是在转录水平,通过促进雄性x染色体转录水平来提高基因产物的

里。

整个的果蝇x-连锁基因的剂量补偿调控:

a信号和母体基因在雌性中激活SX1,而SX1使的rna不能适当的剪接,结果产生了无效的ms1-2蛋白,从而就不能激活msls基因,x染色体则以基础水平转录;而在雄性中sx1蛋白无功能,msl-2可不受干扰的正确剪接,产生有活性的ms1-2,它可激活msls基因,使x染色体高水平转录,这样雄果蝇虽然只有一条x染色体,但表达的量与雌果蝇二条x染色体表达的量相同,达到了剂量平衡。

由于msls基因位于常染色体上,当常染色体套数增加msls的产量也随之增加,对x染色体表达的促进作用也更强,因此超雄(1x:

3a)x染色体的活性比正常的雄性(1x:

2a)更高。

【篇二:

生物性别决定方式】

决定方式不同的生物,性别决定的方式也不同。

性别的决定方式有:

环境决定型(温度决定,如很多爬行类动物);年龄决定型(如鳍);染色体数目决定型

(如蜜蜂和蚂蚁);有染色体形态决定型(本质上是基因决定型,比如人类和果蝇等xy型、矢鹅和蛾类等zw型)等等。

1性染色体决定性别多数生物体细胞中有一对同源染色体的形状相互间往往不同,这对染色体跟性别决定直接有关,称为性染色体;性染色体以外的染色体统称常染色体。

1.1xy型性别决定箭头所指性染色体,大者为x染色体,小者为y染凡是雄性个体有2个异型性染色体,雌性个体有2个相同的性染色体的类型,称为xy型。

这类生物中,雌性是同配性别,即体细胞中含有2个相同的性染色体,记作

xx;雄性的体细胞中则含有2个异型性染色体,其中一个和雌性的x染色体一样,也记作X,另一个异型的染色体记作y,因此体细胞中含有xy两条性染色体。

xy型性别决定,在动物中占绝大多数。

全部哺乳动物、大部分爬行类'两栖类以及雌雄异株的植物都属于xy型性别决定。

植物中有女娄菜、菠菜、大麻等。

在哺乳动物的性别决定中,x染色体和y染色体所起作用是不等的。

y染色体的短臂上有一个“睾丸决定“基因,有决定“男性”的强烈作用;而

x染色体几乎不起作用。

合子中只要有y就发育成雄性;仅有x染色体(X0)则发育成雌性。

雌雄异株的女娄菜体内,y染色体携带决定雄性的基因,具有决定雄株的作用。

决定雌株的基因大部分在x上,也有一些在常染色体上。

但对于果蝇来说,y染色体上没有决定性别的基因,在性别决定中失去了作用。

x是雌性的决定者。

例如染色体异常形成的性染色体组成为X0的果蝇将发育为雄性,而性染色体为xxy的果蝇则发育为雌性。

1.2zw型性别决定zw型性别决定凡雌性个体具有2个异型性染色体,雄性个体具有2个相同的性染色体的类型,称为zw型。

这类生物中,雄性是同配性别。

即雌性的性染色体组成为ZW,雄性的性染色体组成为Z乙鸟类、鳞翅目昆虫、某些两栖类及爬行类动物的性别决定属这一类型。

例如家鸡、家蚕等。

1.3xo型性别决定蝗虫'蟋蟀等直翅目昆虫和辑螂等少数动物的性别决定属于

X0型。

雌性为同配性别,体细胞中含有2条x染色体;雄性为异配性别,但仅含有1条x染色体。

如雌性蝗虫有24条染色体(22+xx);雄性蝗虫有23条染色体(22+x)o减数分裂时,雌虫只产生一种x卵子;雄虫可产生有x和无x染色体的2种精子,其性别比例为

1:

1o

1.4zo型性别决定

鳞翅目昆虫中的少数个体,雄性为Z乙雌性为Z0的类型,称为Z0型性别决定。

此类型中,雌性产生2型配子,雄性产生单一类型配子,性别比例为1:

1o

2染色体的单双倍数决定性别

蜜蜂的性别由细胞中的染色体倍数决定。

雄蜂由未受精的卵发育而成,为单倍体。

雌蜂由受精卵发育而来,是二倍体。

营养差异决定了雌蜂是发育成可育的蜂王还是不育的工蜂。

若整个幼虫期以蜂王浆为食,幼虫发育成体大的蜂王。

若幼虫期仅食2〜3天蜂王浆,则

发育成体小的工蜂。

单倍体雄蜂进行的减数分裂十分特殊,减数分裂第一次,出现单极纺锤体,染色体全部移向一极,两个子细胞中,一个正常,含16个染色体(单价体),另一个是无核的细胞质芽体。

正常的子细胞经减数第二次分裂产生两个单倍体(n二16)的精细胞,

发育成精子。

膜翅目昆虫中的蜜蜂、胡蜂'蚂蚁等都属于此种类型。

3环境条件决定性别有些动物的性别,靠其生活史发育的早期阶段的温度、光照或营养状况等环境条件来决定的。

比如:

海生蠕虫后益,是一种环节动物,成熟雌虫将卵产在海水中,刚发育的幼虫没有性分化,之后自由生活的幼虫将落入海底,发育成雌虫,但是如果有机会落到雌虫的口吻上,很快下滑经内壁进入子宫发育成雄虫。

如果把已经落在雌虫口吻上的幼虫移去,让其继续自由生活,就发育成中间性,畸形程度视呆在雌虫口吻上时间的长短;许多线虫是靠营养条件的好坏来决定性别的,它们一般在性别未分化的幼龄期侵入寄主体内,低感染率时营养条件好,发育成的成体基本上都是雌性,而高感染率时,营养条件差,发育成的成体通常都是雄的;大多数龟类无性染色体,其性别取决于孵化时的温度。

如乌龟卵在

20^27C条件下孵出的个体为雄性,在30〜35C时孵出的个体为雌性。

鳄类

在30C以下孵化则几乎全为雌性,高于32C时雄性则占多数;我国特产的活

化石扬子鳄,巢穴建于潮湿阴暗的弱光处可孵化出较多雌鳄,巢穴建于阳光曝晒处,则可产生较多的雄性。

4基因决定性别

某些植物既可以是雌雄同株,也可以是雌雄异株,这类植物的性别往往是靠某些基因决定的。

如葫芦科的喷瓜,决定性别的是三个复等位基因,即ad、a+、ad;其显隐关系为ad>a+>ad。

ad基因决定发育为雄株;a+基因决定雌雄同株;ad则决定发育为雌株。

性别的类型有5种基因型所决定:

ada+和adad为雄株;a+a+和a+ad为雌雄同株;aad为雌株;纯合的adad不存在,因为雌性个体不可能提供ad配子。

玉米也可因为2对基因的转变,引起雌雄同株和雌雄异株的差异。

5性反转现象在一定条件下,动物的雌雄个体相互转化的现象称为性反转。

鱼类的性反转是比较常见的,如黄鳍的性腺,从胚胎到性成熟是卵巢,只能产生卵子。

产卵后的卵巢慢慢转化为精巢,只产生精子。

所以,每条黄鳍一生中都要经过雌雄两个阶段。

成熟的雌剑尾鱼会出其不意地

变成雄鱼,老的雌鳗鱼有时转变成雄鱼。

鸡也有“牝鸡司晨”现象,且可用激素使性未分化的鸡胚转变性别。

性别比例根据性别决定的原理,不论是哪种性别决定方式,后代的性别比例都是1:

1。

性别决定发生在受精的过程中,受精作用一经完成,性别也就决定

To

现以人的性别决定为例来说明xy型性别决定的情况。

人的性别决定方式为xy型,女性个体的一对性染色体是同型的,即xx:

男性个体的一对性染色体是异型的,即xyo

从某种意义上说,性别也是按孟德尔方式遗传的,1:

1的性别比例是一种测交的结果,这意味着某一性别(例如哺乳动物的雌性)是纯合体,而另一性(如雄性)是杂合体。

根据基因的分离规律,男性个体的精母细胞在经减数分裂形成精子时,可以同时产生含有x染色体的精子和含有y染色体的精子,并且这两种精子的数目相等;女性个体在卵原细胞经减数分裂形成卵细胞过程中,只产生一种含x染色体的卵细胞。

受精作用发生时,因为精子'卵细胞的融合是随机进行的,因此形成两种类型

(就性染色体的组合而言)的受精卵,即:

将来发育为女性个体,含XX性染色体的受精卵;和将来发育为男性个体,含xy性染色体的受精卵,且这两种受精卵的比例为1:

1,即女性个体与男性个体的数量比为1:

1。

下面说明zw型性别决定的情况。

zw型性别决定方式和xy型性别决定方式正好相反。

属于zw型性别决定的生物,雌性个体的体细胞中,含有两个异型性染色体,用zw表示,它产生两种数量相等的卵细胞,即z型卵细胞:

w型卵细胞为1:

1;雄性个体所含的性染色体为同型性染色体,用zz来表【篇三:

性别决定方式】

性别决定方式不同的生物,性别决定的方式也不同。

性别的决定方式有:

环境

决定型(温度决定,如很多爬行类动物);年龄决定型(如鳍);染色体数目决定型(如蜜蜂和蚂蚁);有染色体形态决定型(本质上是基因决定型,比如人类和果蝇等xy型'矢鹅和蛾类等zw型)等等。

1性染色体决定性别

1.1xy型性别决定

凡是雄性个体有2个异型性染色体,雌性个体有2个相同的性染色体的类型,称为xy型。

这类生物中,雌性是同配性别,即体细胞中含有2个相同的性染色体,记作xx;雄性的体细胞中则含有2个异型性染色体,其中一个和雌性的x染色体一样,也记作x,另一个异型的染色体记作y,因此体细胞中含有xy两条性染色体。

xy型性别决定,在动物中占绝大多数。

全部哺乳动物'大部分爬行类、两栖类以及雌雄异株的植物都属于xy型性别决定。

植物中有女娄菜、菠菜'大麻等。

在哺乳动物的性别决定中,x染色体和y染色体所起作用是不等的。

y染色体的短臂上有一个“睾丸决定”基因,有决定“男性”的强烈作用;而x染色体几乎不起作用。

合子中只要有y就发育成雄性;仅有x染色体(xo)则发育成雌性。

雌雄异株的女娄菜体内,y染色体携带决定雄性的基因,具有决定雄株的作用。

决定雌株的基因大部分在x上,也有一些在常染色体上。

但对于果蝇来说,y染色体上没有决定性别的基因,在性别决定中失去了作用。

x是雌性的决定者。

例如染色体异常形成的性染色体组成为xo的果蝇将发育为雄性,而性染色体为xxy的果蝇则发育为雌性。

1.2zw型性别决定zw型性别决定凡雌性个体具有2个异型性染色体,雄性个体具有2个相同的性染色体的类型,称为zw型。

这类生物中,雄性是同配性别。

即雌性的性染色体组成为ZW,雄性的性染色体组成为Z乙鸟类、鳞翅目昆虫'某些两栖类及爬行类动物的性别决定属这一类型。

例如家鸡'家蚕等。

1.3xo型性别决定蝗虫'蟋蟀等直翅目昆虫和嶂螂等少数动物的性别决定属于

X0型。

雌性为同

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