水產(chǎn)動(dòng)物的性別決定機(jī)制研究進(jìn)展

周先文 彭英海 王曉清 熊 鋼 向先嘉 張宏三

（1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；2.湘西土家族苗族自治州畜牧水產(chǎn)事務(wù)中心，湖南吉首 416000；3.湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)科科技系，湖南長(zhǎng)沙 410127）

水產(chǎn)動(dòng)物的性別決定極其復(fù)雜， 不僅僅是由性染色體決定， 受到基因型及外部因子等多方面的影響， 雌雄同體及性逆轉(zhuǎn)等突顯水產(chǎn)動(dòng)物性別決定的復(fù)雜性。 在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，全雄黃顙魚(yú)養(yǎng)殖、全雄羅非魚(yú)養(yǎng)殖等人為的控制水產(chǎn)動(dòng)物的性別可以提高經(jīng)濟(jì)效益。 為了實(shí)現(xiàn)單性化育種或控制養(yǎng)殖水產(chǎn)動(dòng)物的性別，人們對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的性別分化、性別決定及性別調(diào)控等方面進(jìn)行了廣泛的研究，本文就近來(lái)水產(chǎn)動(dòng)物性別決定機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)單的概括，主要涉及水產(chǎn)動(dòng)物性別分化與形成、染色體與性別決定、 性別決定基因及水產(chǎn)動(dòng)物性別調(diào)控等方面。

1 水產(chǎn)動(dòng)物性腺分化與形成

動(dòng)物性腺的分化與形成階段是性別決定和性別調(diào)控的重要階段，目前水產(chǎn)動(dòng)物性別誘導(dǎo)、基因敲除等均在這一時(shí)期進(jìn)行。 不同的水產(chǎn)動(dòng)物在性別分化與形成表現(xiàn)出不同的特征，黃顙魚(yú)14 日齡時(shí)卵巢開(kāi)始分化，隨后逐步形成卵巢腔。斑馬魚(yú)在25 日齡時(shí)出現(xiàn)卵巢。 王孝杰在許氏平鮋的研究顯示，在5dbp 時(shí)觀察到原始生殖細(xì)胞的出現(xiàn)，35dbp時(shí)觀察到卵巢開(kāi)始分化的標(biāo)志， 在68dbp 時(shí)輸精管出現(xiàn)。 黃姑魚(yú)在36 日齡原始生殖細(xì)胞開(kāi)始分裂，40 日齡可見(jiàn)卵母細(xì)胞， 在46 日齡可觀察到卵巢腔。 半滑舌鰨卵巢于62 日齡開(kāi)始分化，120 日齡時(shí)形成卵巢腔。

在兩棲類(lèi)中，短吻蛙（Rana curtipes）的原始性腺發(fā)育首先為卵巢，卵巢退化后再轉(zhuǎn)變?yōu)榫?。梅祎蕓等研究發(fā)現(xiàn)， 棘胸蛙性腺分化期為第17～80天， 棘胸蛙蝌蚪孵化后的第17～80d 用水溫31 度孵化，棘胸蛙70%為雄性，性別分化屬于溫度依賴(lài)型性決定。 李桑等研究發(fā)現(xiàn)蝌蚪Gosner 26-38 期為澤蛙性腺分化的敏感時(shí)期。

在蝦蟹中，中華鋸齒米蝦（Neocaridina denticulata sinensis）胚后期性腺開(kāi)始分化；凡納濱對(duì)蝦生殖腺的分化晚于外部形態(tài)分化，生殖腺在43 天的仔蝦中可見(jiàn)，第55 天生殖腺開(kāi)始分化；中國(guó)對(duì)蝦第76 天性腺開(kāi)始分化。而羅氏沼蝦幼蝦的性別分化與其生長(zhǎng)日齡和體長(zhǎng)規(guī)格都有關(guān)， 羅氏沼蝦體長(zhǎng)只要達(dá)到性別分化規(guī)格時(shí)， 就蛻皮發(fā)育為雌雄蝦，當(dāng)生長(zhǎng)受到抑制時(shí)，在生長(zhǎng)日齡的持續(xù)累積作用下，體長(zhǎng)達(dá)到一定規(guī)格，即使比較小，也會(huì)出現(xiàn)第二性征。 不同季節(jié)及鹽度等也會(huì)影響蝦蟹類(lèi)性腺發(fā)育，在春季，鷹爪蝦（Trachypenaeus curvirostris）在春季雄性數(shù)量比雌性少，而秋季雌性少于雄性；在4～5 月份，擬須蝦（Aristaeomorpha foliacea）的雄性個(gè)體數(shù)量偏少，而在8～10 月份，雌性個(gè)體數(shù)量偏少； 在不同的季節(jié)褐蝦個(gè)體數(shù)量也會(huì)發(fā)生變化，在冬季，褐蝦的雌性個(gè)體居多；盛夏季節(jié)，兩性數(shù)量基本相當(dāng)；而秋季，雄性個(gè)體數(shù)量居多。 吳旭干等則發(fā)現(xiàn)鹽度顯著影響中華絨螯蟹性腺發(fā)育， 低鹽度海水組雌蟹卵巢指數(shù)顯著高于淡水組，但雄蟹的性腺指數(shù)差異不明顯。水體鹽度升高可引起雌性雌二醇水平和Ca2+含量升高，引起雌性中華絨螯蟹性早熟。

在底棲水產(chǎn)動(dòng)物中， 朱星海等對(duì)風(fēng)信標(biāo)扇貝的性腺發(fā)育研究發(fā)現(xiàn)， 海水溫度變化與風(fēng)信標(biāo)扇貝的性腺發(fā)育顯著相關(guān)， 風(fēng)信標(biāo)扇貝經(jīng)過(guò)低溫刺激和營(yíng)養(yǎng)積累后達(dá)到繁殖期， 若低溫刺激階段水溫高于20.0℃，性腺指數(shù)會(huì)受到影響。Kubota 等發(fā)現(xiàn)卵板步錨參（Patinapta ooplax）在繁殖季節(jié)可由雄性轉(zhuǎn)變?yōu)榇菩?，之后再回轉(zhuǎn)為雄性。

2 水產(chǎn)動(dòng)物染色體與性別決定

水產(chǎn)動(dòng)物性別種類(lèi)繁多， 由于進(jìn)化水平的差異，存在不同的性別決定機(jī)制。性染色體影響或決定部分水產(chǎn)動(dòng)物的性別。Matsuda 等研究發(fā)現(xiàn)青鳉Y 染色體上的dmy 基因是Dmrt1 基因的一個(gè)拷貝， 調(diào)控青鳉雄性發(fā)育。 我國(guó)學(xué)者對(duì)中華絨螯蟹的研究表明中華絨螯蟹的性別決定機(jī)制為ZW/ZZ類(lèi)型。日本對(duì)蝦（Penaeus japonicus）的性別特異位點(diǎn)定位在雌性遺傳連鎖群中， 很可能屬于ZW/ZZ類(lèi)型。半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）為ZZ/ZW型，溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)會(huì)發(fā)生性逆轉(zhuǎn)。青鳉性別由性染色體決定，雄性個(gè)體含有Y 染色體。葛楚天等研究發(fā)現(xiàn)，中華鱉存在微小染色體（Z/W），其性別決定由多種因素介導(dǎo)。 蔣俊等研究發(fā)現(xiàn)鳳鱭存在性染色體，其性染色體為ZO/ZZ 型。

3 水產(chǎn)動(dòng)物的性別決定基因

水產(chǎn)動(dòng)物品種繁多，性別決定負(fù)責(zé)，有的基因在性別形成或性別決定階段表現(xiàn)性別差異， 水產(chǎn)動(dòng)物性別決定基因主要集中有Dmrt1、Sox9、cyp19a1a、foxl2、wt1、Amh 和Wnt4 等。

在水產(chǎn)動(dòng)物眾多性別相關(guān)基因中，dmrt1 基因主要對(duì)精巢分化有重要的作用。其DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域?yàn)殇\指樣結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為DM 結(jié)構(gòu)域，它以調(diào)控目的基因轉(zhuǎn)錄來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)育實(shí)。 團(tuán)頭魴（Megalobrama amblycephala）、 尼羅羅非魚(yú)性腺分化期間，dmrt1在精巢中表達(dá)上調(diào)，在卵巢中下調(diào)。 Dmrt1 基因在斑馬魚(yú)（Dania rerio）、石斑魚(yú)（Epinephe lusmerra）、牙 鲆 （Paralichthys olivaceus）、 半 滑 舌 鰨（Cynoglossys semilaevis G?nther）、 黃 顙 魚(yú)（Pelteobagrus fulvidraco）、胡子鲇（Claruas fuscus）、稀有鮈鯽（Gobiocypris rarus）僅在性腺中表達(dá)，同樣是雄性高于雌性。 Berbejillo 等研究發(fā)現(xiàn)未成熟的西伯利亞鱘性腺中Dmrt1 在精巢中的表達(dá)量高于腦、肝臟、肌肉、腎臟等其他組織；Dmrt1 在性腺中呈性別二態(tài)性，雄性表達(dá)量顯著高于雌性，而Sox9基因雌雄間性別二態(tài)性不明顯。但是Amberg 等對(duì)61 尾密西西比鏟鱘性腺中Dmrt1 基因的表達(dá)進(jìn)行熒光定量PCR 研究發(fā)現(xiàn)， 雄性性腺的表達(dá)量要高于雌性，但未達(dá)到顯著水平。而在東方巖石龍蝦（Sagmariasus verreauxi）的2 個(gè)性別發(fā)育相關(guān)基因SvTKIR 和SvDmrt1 的基因在雌雄未成年蝦的觸角腺中表達(dá)水平均較高， 而在成年蝦的觸角腺中的表達(dá)則表現(xiàn)出性二態(tài)性，雌性顯著高于雄性。奧尼羅非魚(yú)和尼羅羅非魚(yú)的dmrt4 僅在卵巢中檢測(cè)到。

Sox9 基因是目前在大多數(shù)的脊椎動(dòng)物中為雄性相關(guān)基因， 大多研究表明其與雄性性腺或精原細(xì)胞形成有關(guān)。 王莉等研究表明SOX9 基因?yàn)橹腥A鱉雄性特異性基因，參與雄性性腺的發(fā)育過(guò)程，可能在中華鱉早期性別分化過(guò)程中起調(diào)控作用。葛楚天等研究表明Sox9 在紅耳龜?shù)?7 期起在產(chǎn)雄溫度性腺特異性高度表達(dá)，Sox9 基因的敲低能使雄性向雌性性逆轉(zhuǎn)。此外，Sox9 基因僅在虹鱒精巢中表達(dá)。

普遍認(rèn)為Cyp19a1 是雌性激素生成的主要調(diào)控者， 尼羅羅非魚(yú)性腺分化前雌性個(gè)體的Cyp19a1a 的表達(dá)量高于雄性，Cyp19a1a 基因在尼羅羅非魚(yú)性腺?zèng)Q定及分化過(guò)程中發(fā)揮作用。cyp19a1 b mRNA 在雌性鱸魚(yú)腦組織中的表達(dá)水平顯著高于雄性。 P450arom mRNA 在雌性、雌雄間性、雄性黃鱔性腺中的表達(dá)水平依次降低。性腺發(fā)育和分化時(shí)期foxl2 的相對(duì)表達(dá)量與cyp19a1a的波動(dòng)趨勢(shì)基本一致，但cyp19a1a 的變化滯后于foxl2，foxl2 在卵巢分化中起作用， 可能參與cyp19a1a 表達(dá)的調(diào)控。

Foxl2 是叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子超家族成員，其與卵巢發(fā)育性二態(tài)分化及卵巢功能維持有關(guān)。foxl2 基因在南方鲇找那個(gè)呈現(xiàn)性別二態(tài)性表達(dá)， 卵巢中表達(dá)高于雄性方式， 是部分水產(chǎn)動(dòng)物卵巢決定和分化的一個(gè)標(biāo)志性啟動(dòng)基因。 稀有鮈鯽（Gobiocypris rarus）foxl2 基因在肝、肌肉、鰓等組織中均有表達(dá)，雌性性腺表達(dá)量顯著高于雄性。 foxl2 基因還能夠與sf-1 基因結(jié)合， 從而增強(qiáng) sf-1 對(duì)Cyp19a1a 基因的調(diào)控。 在對(duì)牙鲆的研究中發(fā)現(xiàn)，foxl2 基因可直接調(diào)控Cyp19a1a 基因的轉(zhuǎn)錄。

抗繆勒氏管基因（AMH），抗繆勒氏管抑制因子， 這類(lèi)物質(zhì)可引起繆勒氏管退化和抑制雌性生殖器官發(fā)育。 Miura 等從日本鰻（An guillajaponica）未成熟的精巢細(xì)胞中鑒定出amh 類(lèi)似物，發(fā)現(xiàn)該基因可能參與性別決定和睪丸分化。 魚(yú)類(lèi)缺乏繆勒氏管，amh 在性魚(yú)類(lèi)腺分化和發(fā)育中主要通過(guò)Amh/AmhⅡ通路發(fā)揮作用。王孝杰在許氏平鮋的研究中，5～15dpb amh 相對(duì)表達(dá)量波動(dòng)情況與sox9 波動(dòng)大致相同， 許氏平鲉中amh 的表達(dá)也可能是由sox9 基因激活的，從而在性腺分化中起作用。 劉姍姍等的研究發(fā)現(xiàn)，amh 可抑制半滑舌鰨繆勒氏管的形成和雌性生殖器官的發(fā)育， 使中腎管發(fā)育為雄性生殖器官。 amh 基因還受sf1 調(diào)節(jié)， 可能與性別分化和雄性性腺的發(fā)育有關(guān)。

此外， 王孝杰等研究發(fā)現(xiàn)許氏平鲉卵巢分化早于精巢，foxl2、cyp19a1a、dmrt1、sox9、amh 等性別相關(guān)基因的表達(dá)模式和大多數(shù)硬骨魚(yú)接近。 克氏螯蝦PcSxl 在雄性觸角腺的表達(dá)量顯著高于雌性，表現(xiàn)出性別二態(tài)性表達(dá)。 黃鱔wt1 基因在間性的表達(dá)量高于雌性和雄性。 半滑舌鰨性腺中wt1 表達(dá)量高于其他組織， 半滑舌鰨雄魚(yú)、 雌魚(yú)和偽雄魚(yú)的表達(dá)量依次降低，wt1 可能在性腺的分化過(guò)程不起決定作用。 張英萍等的研究發(fā)現(xiàn)中華鱉華鱉Wnt4 基因與海龜(Chelonia mydas) 和三趾箱龜(Terrapene carolina triunguis) 具有高度同源性，Wnt4 基因在性腺中表達(dá)量最高，且雌性卵巢中表達(dá)水平顯著高于雄性精巢。 向玉婷等對(duì)高溫與性激素誘導(dǎo)對(duì)褐牙鲆kiss2 和gpr54-2 基因的表達(dá)水平研究發(fā)現(xiàn)， 高溫和雌激素上調(diào)褐牙鲆腦組織kiss2 和性腺中g(shù)pr54-2 基因的表達(dá)， 但性腺中kiss2 下調(diào)， 雄激素使褐牙鲆腦和性腺中kiss2 和性腺中g(shù)pr54-2 基因均明顯受到抑制。 在羅非魚(yú)（Oreochromis mossambicus） 中，dax1 基因在雌魚(yú)性腺中的表達(dá)量高于雄魚(yú)性腺，但其在虹鱒（Oncorhynchus mykiss）中的表達(dá)模式卻恰好相反。 生殖蛻殼是甲殼動(dòng)物由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)、 未成熟向性成熟狀態(tài)轉(zhuǎn)變的重要過(guò)程， 是性腺快速發(fā)育的重要起點(diǎn)。Hc-KLHL10 基因在三角帆蚌中是雄性相關(guān)基因， 其可能參與三角帆蚌的性別分化與精巢發(fā)育。 促雄性激素基因（AGH）對(duì)澳洲紅螯螯蝦（Cherax quadricarinatus）的雌雄比例有影響，敲低AGH 基因會(huì)影響精巢發(fā)育和精子生成，從而促進(jìn)卵黃生成。 近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，AGH 基因在藍(lán)蟹和擬穴青蟹卵巢中表達(dá)， 且在青蟹卵巢成熟期的表達(dá)量急劇升高，AGH 基因在部分蝦蟹動(dòng)物卵巢發(fā)育和成熟過(guò)程中產(chǎn)生作用。 馮政夫等從櫛孔扇貝精巢中克隆得到Cf-dmrt4- like 基因，Cfdmrt4-like mRNA 在未受精卵、 胚胎和幼蟲(chóng)發(fā)育各期均有表達(dá)， 在成體性腺中也有表達(dá)， 成熟期精巢的表達(dá)量幾乎高于卵巢成熟期的20 倍， Dmrt4 基因參與櫛孔扇貝性腺分化和性腺正常功能的維持。

4 水產(chǎn)動(dòng)物的性別調(diào)控研究

不同性別的水產(chǎn)動(dòng)物有不同的價(jià)值， 三角帆蚌的誘珠能力與性別有關(guān)， 雄性三角帆蚌培育的珍珠在總重，色澤等方面優(yōu)于雌性。中華鱉雄性裙邊厚，生長(zhǎng)速度均優(yōu)于雌鱉，養(yǎng)殖雄性中華鱉具有更高的價(jià)值。 性別調(diào)控近來(lái)成為水產(chǎn)動(dòng)物遺傳育種的熱點(diǎn)。葛楚天等對(duì)紅耳龜?shù)?5 期產(chǎn)雄性溫度胚胎進(jìn)行Dmrt1-shRNA 處理后，95.34%發(fā)育成雌性或具卵睪丸的間性個(gè)體。 李新紅等的研究發(fā)現(xiàn)高溫培育的中國(guó)林蛙（Rana chensinensis）雄性比例高。 而北非肋突螈（P.poireti）其ZZ 基因型的雄性幼體經(jīng)高溫培育后，雌性表型個(gè)體（ZZ neo-females） 比例升高。 楊干榮等對(duì)娃娃魚(yú)（Andrias davidianus）的研究結(jié)果顯示，在18-25℃水溫下培育，雌雄比幾乎為1：1，低溫雄性率低，高溫雄性率高。 同樣采用高溫處理中國(guó)對(duì)蝦（Fenneropenaeus chinensis）受精卵后，也會(huì)顯著影響對(duì)蝦雌雄性別比例。還有研究表明，采用溫度休克的辦法處理中國(guó)對(duì)蝦受精卵， 則后代的雌性比例高達(dá)

86%。

外源激素也可以引起水產(chǎn)動(dòng)物的性逆轉(zhuǎn)，利用含有50mg·kg-1雌二醇的微顆粒飼料從開(kāi)口第一天開(kāi)始誘導(dǎo)30 天能獲得XY/YY 的雌性黃顙魚(yú)。甲基睪酮、雌二醇等外源性激素會(huì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物性別造成影響， 用含有30～60m/kg17α-甲基睪酮的餌料連續(xù)投喂莫桑比克羅非魚(yú)（Tilapia mossambica）3～4 周能有效誘導(dǎo)其向雄性轉(zhuǎn)化。 熊陽(yáng)等研究法發(fā)現(xiàn)早期投喂水蚯蚓導(dǎo)致YY 超雄黃顙魚(yú)出現(xiàn)精卵巢共存的間性性腺。 甲基睪酮誘導(dǎo)斜帶石斑魚(yú)的性逆轉(zhuǎn)過(guò)程中LHβ 和Lhcgr 表達(dá)量升高，而Fshr 受到抑制。 外源性的雌激素可以完全誘導(dǎo)雄性尼羅羅非魚(yú)性逆轉(zhuǎn)為功能性的雌性尼羅羅非魚(yú)。 但是用含50 和100mg/kg 雄激素的餌料處理異育銀鯽（Carassiusauratus gibelio），不僅不能使其向雄性轉(zhuǎn)化，反而會(huì)使其性腺萎縮，使卵巢發(fā)育受到抑制。

在性別調(diào)控過(guò)程中， 部分基因也會(huì)表現(xiàn)出現(xiàn)異常表達(dá)。 蜂巢石斑魚(yú)（Ephinephelus merra）由雌性向雄性逆轉(zhuǎn)過(guò)程中，F(xiàn)shr 表達(dá)量升高。 青鳉Sox9b 突變會(huì)引起雌向雄性轉(zhuǎn)變。 Cyp19ala 基因是催化內(nèi)源性雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素的關(guān)鍵酶，乙炔雌二醇能顯著抑制稀有鮈鯽Cyp19ala 基因的表達(dá)。 半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）Pgr 可誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟。 雄性羅非魚(yú)（Oreochromis niloticus）Pgr 敲除后導(dǎo)致不育。用拮抗劑米非司酮抑制Pgr 表達(dá)可阻礙羅非魚(yú)精子發(fā)生。 Ad4BP/sf1可以調(diào)控芳香化酶基因的表達(dá)， 進(jìn)而影響硬骨魚(yú)類(lèi)性激素的生成。

此外，紫外線、光照等也會(huì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的性別造成影響。 紫外線照射可誘發(fā)蝦蟹動(dòng)物雄性個(gè)體產(chǎn)生，生殖細(xì)胞的缺失會(huì)導(dǎo)致由雌向雄的性逆轉(zhuǎn)，光照周期也可以影響云斑厚紋蟹（Pachygrapsus marmoratus）雌性的生殖功能。

5 結(jié)語(yǔ)

水產(chǎn)動(dòng)物性別決定有基因性別決定、 環(huán)境性別決定和基因-溫度性別決定等多種類(lèi)型，不同的性別決定種類(lèi)表現(xiàn)出不同的特征。 性腺分化與形成階段的確定是進(jìn)行性別調(diào)控的關(guān)鍵。 同時(shí)Dmrt1、Sox9、cyp19a1a、foxl2、wt1、Amh 和Wnt4 等 基因在水產(chǎn)動(dòng)物性別形成和發(fā)育的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，掌握水產(chǎn)動(dòng)物性別分化與形成的特征，掌握性別相關(guān)基因在水產(chǎn)動(dòng)物性別決定過(guò)程中的作用和功能， 有針對(duì)性的開(kāi)展水產(chǎn)動(dòng)物性別決定機(jī)制研究，有利于加快水產(chǎn)動(dòng)物遺傳育種的進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)（略）