动物性别鉴定与控制研究进展

鱼类分子性别鉴定及其应用研究鱼类是生活中常见的食品和宠物，但往往面临着繁殖上的问题。

在生殖过程中，鱼类的性别决定着繁殖能力和产生的后代数量，因此分子性别鉴定成为了一个受欢迎的研究课题。

本文将谈论鱼类分子性别鉴定及其应用研究。

一、鱼类分子性别鉴定方法鱼类分子性别鉴定的方法有多种，其中包括：1. PCR扩增方法PCR是利用聚合酶链式反应缩短DNA扩增时间的一种技术，通常使用性别特定的引物扩增鱼类性染色体上的DNA区域。

此技术对于快速鉴定单个个体的性别非常有用。

2. FISH（荧光原位杂交）FISH是一种基于荧光技术的DNA分子检测方法，它可以用来标记并检测某一特定序列的RNA或DNA分子。

可以在鱼类卵母体或精子中直接进行性别鉴定。

3. 比色法比色法利用颜色变化来测量DNA浓度和DNA与染料的反应程度。

其中最常用的比色法是PI法。

通过比较不同性别的DNA与染料之间的反应程度，可以准确地鉴定鱼类的性别。

二、鱼类分子性别鉴定应用研究1. 鱼类繁殖性状的研究鱼类是水生动物，常常在自然环境中进行繁殖。

然而，由于天气等因素的影响，其繁殖时间和周期不定，因此往往会出现无法有效繁殖的情况。

利用分子性别鉴定技术可以为鱼类的繁殖奠定基础，进一步研究鱼类繁殖周期、产卵量、幼鱼孵化率等性状。

2. 鱼类种群遗传结构的研究鱼类的种群结构和遗传结构的研究对于保护和管理鱼类资源非常重要。

在此基础上，可以进行实施科学的种群管理以维护和促进鱼类的保护和管理。

分子性别鉴定技术可以更精确地进行个体鉴定，研究种群遗传结构及其变化。

3. 鱼类育种的研究鱼类育种是一种重要的手段，可以通过改良和选育优良的品种来促进鱼类生产的发展。

分子性别鉴定技术可以帮助鱼类育种工作者提高育种效率和优化育种方法，领域中的相关研究也日益增多。

4. 鱼类遗传多样性的研究生物的遗传多样性是一个涵盖了种群、个体和基因的范围。

鱼类的遗传多样性对于其繁殖、生存和适应能力都有着至关重要的影响。

性别控制技术的研究与应用进展蔡健锋1，潘淳烨1，黎文聪1，陈慧芳1，张献伟2，白银山1*（1.佛山科学技术学院生命科学与工程学院，广东佛山 528231；2.温氏食品集团股份有限公司，广东新兴 527439）摘 要：性别控制指通过人为干预使动物的繁育按照人们所希望的性别繁殖后代的技术。

随着畜牧业生产智能化的迅速发展，高效准确的性别调控技术成为提高畜禽生产经济效益的重要研究方向。

本文主要综述了性别分化调控、性别反转和X、Y精子分离技术，以期促进畜牧业养殖性别控制技术的发展和应用。

关键词：性别控制；性别分化；性别反转；X、Y精子分离中图分类号：S814 文献标识码：A DOI编号：10.19556/j.0258-7033.20200512-09性别控制是使动物按照人们所希望的性别繁殖后代的技术[1-2]。

随着畜牧业智能化的发展，人类对特定性别的畜禽需求显著增大，因此性别控制技术在畜禽繁殖中有重要的研究价值。

根据X、Y精子DNA含量的差异，运用流式细胞技术可以有效分离X、Y精子[3-5]。

在奶牛繁育中，运用流式细胞仪分选X、Y精子进行性别控制，获得的母犊率超过90%，且成活率、体重等与自然交配后代无显著差异，极大地提高了经济效益[6]。

研究显示，通过调控X、Y精子活力的分离方法以及根据X、Y精子蛋白特异性表达通过免疫学技术分离X、Y精子的方法，都能获得较好效果[7-8]。

这些技术是在配子水平上进行性别控制，不影响基因表达和生殖发育，但目前研究并不完善。

性别差异使畜禽肉品质存在显著不同，根据性别分化规律人为干预性别分化基因的表达，可实现畜禽性别反转，促进肉品质改善，这将成为畜禽生产中有应用前景的技术[9-10]。

通过基因编辑技术使性连锁基因缺失也能改变后代性别的比例[11-12]，表明通过改变基因表达获得特定性别后代的可行性。

本文综述了性别决定基因调控分子机制，探讨了性别反转技术机制及应用前景，汇总了最新的X、Y精子分离技术的方法并分析其优缺点，以促进性别控制技术的应用和推广。

doidoi:10.3969/j.issn.1002-2481.2022.03.20山西农业科学2022，50（3）：433-438Journal of Shanxi Agricultural Sciences性别控制技术在家畜生产中的应用研究进展谢晓刚1，2，李丹1，薛增迪1，张芮琪1，史宏昭1，薛嘉3，马乃祥1，权富生2（1.杨凌职业技术学院动物工程分院，陕西杨凌712100；2.西北农林科技大学动物医学院/农业部动物生物技术重点实验室，陕西杨凌712100；3.陕西省动物疫病预防控制中心，陕西西安710000）摘要：哺乳动物性别控制技术是指通过人为手段对哺乳动物的正常生殖过程进行干预，使得雌性动物生产出符合人们期望性别后代的生物技术。

随着现代畜牧业的快速高质量发展，高效精确的性别控制技术已成为提高家畜生产经济效益的重要研究方向。

文章对家畜性别控制理论研究进展及性别控制主要方法，如X、Y精子分离（流式细胞仪分离法、免疫学分离法）、胚胎性别鉴定、调节母畜生殖道环境、不同温度解冻冻精、分子生物学技术（RNA干扰、基因敲除）进行综述，分析各种不同性别控制技术的优缺点和应用范围。

随着生命科学领域的快速发展，人们将能够进一步阐明哺乳动物性别决定机制，研制出更加高效、快速、准确、经济的性别控制方法，并将其应用于生产实践，结合体外受精、胚胎分割、胚胎移植、体细胞核移植等生物学技术，促进现代畜牧产业快速高质量发展。

关键词：性别控制；畜牧业；家畜；生物技术中图分类号：S814.7文献标识码：A文章编号：1002-2481（2022）03-0433-06Research Progress of the Applications of Sex Control Technologies in Livestock Production XIE Xiaogang1，2，LI Dan1，Xue Zengdi1，ZHANG Ruiqi1，SHI Hongzhao1，XUE Jia3，MA Naixiang1，QUAN Fusheng2（1.Department of Animal Engineering，Yangling Vocational and Technical College，Yangling712100，China；2.College of Veterinary Medicine，Northwest A&F University/Key Laboratory of Animal Biotechnology，Ministry of Agriculture，Yangling712100，China；3.Shaanxi Animal Disease Prevention and Control Center，Xi’an710000，China）Abstract：Mammalian sex control technologies are series of biological technologies that interfere with normal reproductive process of mammals through artificial means，so that females can produce offspring that sexually meet people’s expectations.With the rapid and high-quality development of modern animal husbandry，researches on efficient and accurate sex control technologies have become an important direction to improve economic benefits of livestock production.This paper summarized the research progress of livestock sex control theory and main methods of sex control，such as XY sperm separation（Flow cytometric separation method，Immulogical isolation method），embryo sex identification，female reproductive tract environment regulation，unfreezing frozen sperm at different temperatures，technology of molecular biology（RNA inference，Gene knockout），analyzed advantages,disadvantages and scope of application of different sex control technologies.With the rapid development of life sciences，the determination mechanisms of mammal sex will be definitely clarified in the near future,sex control technologies which are more efficient，fast，accurate and economical will be developed and applied in bining in vitro insemination,embryo bisection,embryo implantation and somatic nuclear implantation,the rapid and high-quality development of modern husbandry industry will be promoted.Key words：sex control;animal husbandry;livestock;biological technology预计到21世纪中叶，世界总人口将达到96亿，人类对畜产品的需求将增加70%以上[1]。

鸡性别决定与性别鉴定技术研究进展摘要:鸡的性别决定机制与胚胎性别鉴定技术一直是人们关注研究的重要方向,在遗传育种领域具有重要意义.文章主要从鸡的性别决定的可能机制和假说两个方面概括了近年来在鸡性别决定机制和性别分化的研究进展,总结了鸡胚胎性别鉴别方法,以期为探究性别决定的机制提供必要的理论依据，能够在实际生产中根据需要,定向调控鸡的性别,进行早期胚胎性别鉴定,为我国家禽养殖业带来一定的经济效益.关键词:鸡;性别决定机制;性别分化;性别鉴别前言性别决定机制、性别控制和性别早期鉴定研究一直是人们很感兴趣的课题,鸟类性别决定的研究由于家禽养殖业的经济价值而格外受到重视.鸡的性别与其经济价值有着直接的联系,在蛋鸡的集约化生产中,母鸡的生产效益远高于公鸡.在肉鸡的生产养殖过程中,公鸡的生长速度,生命力强，其生长速度以及饲料利用率均显著高于母鸡.随着家禽集约化养殖模式的发展，通过遗传育种学的知识,根据生产定向地调控鸡的性别,因此,研究鸡的性别决定机制和性别控制技术,不仅在科研方面具有极其重要的意义,进行鸡的早期胚胎鉴别更在实际的生产当中具有重要的意义.1鸡的性别决定1.1家禽(鸡)的性染色体正常情况下,鸟类雌性为ZW异配型性染色体,雄性为ZZ同配型性染色体[1-4],早期的染色体核型分析研究表明,一些新颌型鸟类(家鸡)的Z和W的相对大小明显不同[5],在进化过程中,只有一小部分的Z和W区域出现了基因重组,且W染色体变得小于较原始的鸟类[5].家鸡的Z染色体包含有7%的单倍体染色体组,而W仅包含1.5%[6],而在更多的原始古鸽型鸟类中,如鸸鹋，鸵鸟，南方鹤鸵等,Z和W的性染色体通常是同态的[7].由此可知,在鸟类进化的过程中,Z染色体正不停地重组产生新的染色体型,使得性别决定基因倾向于独立调控性别的方向发展,同时也确保性染色体不至于因为基因的隔离而产生退化.1.2 鸡性别决定的可能机制和假说性别决定基因是通过控制胚胎性腺的发育来实现性别决定的，因此性别决定的过程与性腺的发育和分化息息相关.在鸟类的胚胎期,性腺形成的基本过程是保守的,但同时又具有非对称性发育的独特特征[8].性腺的分化在本质上依赖于皮质或髓质的增殖以及生殖细胞的获得.最早能够发现性别分化的时期是在家禽孵化的第6~7d,这时在雄性性腺内部的髓质中曲细精管索(seminiferous cords)开始形成,同一时期在雌性性腺外部的皮质层开始增殖[9].1.2.1 鸡性别决定的分子机制近期的研究已获得DMRT1、ASW、DAX1等多个可能与鸡性别决定有重要关联的候选基因,这些基因可能像哺乳动物中的SRY基因一样,与鸡性别决定有着重要关联.已有研究表明,同哺乳动物的X染色体一样,家禽的Z染色体中含有大量的控制睾丸性征表达基因[10],其中之一就是DMRT1(DM-related transcription factor 1).DMRT1位于Z色体上,与W染色体不同源,是一种调控睾丸发育的基因,并且可能在决定雄性性别方面发挥主要的作用[11].有文献报道,在鸡胚胎性腺分化之前,DMRT1在雄性胚胎的性腺中的表达量远高于雌性,并且在睾丸的形成过程中发挥作用.DAX1 基因(dosage sensitive sex reversal,adrenal hypoplasia congenital, X chromosome,number 1)是一种基因编码蛋白,具有介导卵巢发育的功能.实验表明,在鸡卵巢发育过程中,DAX1基因的表达量保持稳定;而睾丸发育过程中,DAX1基因的表达量则显著下降,这说明DAX1可能参与性别决定,并参与调控雌性发育[13].此外,1994年Bardoni在转DAX1基因小鼠的实验中发现,当该基因编码蛋白发生不正常复制时,其结果会使得小鼠发生从雄性到雌性的性逆转,并且DAX1基因发生功能性突变能引起肾上腺发育不全[14].不同的性连锁基因在禽类性别决定的调控中起着不同的作用,但目前对它们与其他一些性别决定基因间的联系还知之甚少,因此禽类性别决定的分子机制还需要进一步的探究和讨论.1.2.2 Z染色体的剂量效应和W染色体的显性效应假说假说认为,Z染色体上携带雄性决定基因且具有剂量效应,该效应在雄性发育的初期以Z 染色体的数量来诱导个体的性别发育,即两个Z染色体时为雄性,一个Z染色体时为雌性;W染色体上携带着显性的卵巢决定基因,它具有显性效应,使ZW成为雌性[15].但是由于鸟类缺乏非整倍体的性染色体个体,所以很难验证Z剂量效应和W显性效应假说.因此,性别决定类型为ZW型的禽类的性别决定机制是由W雌性决定基因决定,还是由Z基因的剂量差异所决定,还是两种机制同时存在还不清楚.1993年Thorne等报道一群ZZW三倍体鸡发育成间性.这些三倍体的鸡在出雏时具有雌性的外部表型,但同时具有卵巢体和睾丸,并分别位于身体左右两侧,随着年龄的增长其左侧卵巢逐步退化[16].卵巢的出现说明W染色体可能携带雌性决定基因；而其卵巢组织随年龄增长而退化可能与假定的W雌性决定因子的作用被Z染色体以数量上的优势所削弱有关.该三倍体性染色体鸡的证据支持了Z剂量假说,说明W染色体具有雌性决定作用但能被Z连锁雄性决定基因的剂量效应所影响.2004年,Arit等发现1例雌大苇莺(greatreed warbler)具有2个Z连锁微卫星标记的杂合子遗传型,从而推断该个体可能具有2A∶ZZW的基因型[17].这个事例支持了W可能携带雌性决定因子的假说,并做出了性别决定与Z染色体数目无关的推断.但是,推断的ZZW基因型并没有得到核型分析的证实,且其2个Z等位基因也没有遗传给后代.究竟W染色体是否独立决定性别还有待进一步的探索和确定.2010年,有学者提出了关于一只雌雄嵌合体家鸡的详细研究报告[18],报告称这只鸡是侧面性别嵌合,左侧雄性右侧雌性.在雄性一侧表现出明显的雄性特征,具有巨大的肌肉型胸部和锋利的脚爪,而雌性一侧则不具备任何雄性特征.经验证,其雄性一侧的细胞内全部都是ZZ 性染色体,而在雌性一侧的却是ZW型,但其性腺内同时含有具有ZZ染色体的细胞和具有ZW 染色体的细胞.然而,在实验条件下,却无法实现将带有雄性基因的细胞和带有雌性基因的细胞混合进入同一个鸡胚细胞,并且实验发现雌性细胞不能够在雄性的性腺内存活,反之亦然.基于曾有研究指出没有发现不带Z基因鸟类,而哺乳动物中有只带X基因的性别类型的研究结论[19-20],Zhao(2010)在讨论了该嵌合体鸡之后作出推断:“高剂量的Z连锁基因在ZZ基因型的细胞中可能起到‘增强雄性’的作用”[18].因此,Z剂量和决定性的W假设仍旧都有可能,最终性别究竟是决定于Z的剂量效应(两个是雄性,一个是雌性)或者决定于W的显性效应,抑或决定于它们共同的作用仍需要进一步的研究探讨.1.2.3 常染色体平衡假说常染色体平衡学说最早是由美国生物学者Bridges以果蝇为材料提出并证实的.Bridges认为生物的性别是由细胞核内染色体上雄性化基因系统与雌性化基因系统的平衡所决定的,基因系统的优势会影响胚胎在发育早期向某一性别方向发育[21],1954年,Crew在文献中报道,鸡的性别由性染色体个数与常染色体倍数之比决定[22],Newcomer等则认为,常染色体数的增加使性染色体与常染色体之比的平衡趋于雌性[23].1.2.4 H-Y抗原决定假说雄性特异性抗原(male-specific antigen)通常也称为雄性特异性弱组织相容性Y抗原(male-specific minor histocompatibility Y antigen),简称H-Y抗原,是一组雄性特异性基因的表达产物,Eichwald等在1955年首次发现这一抗原,Eichwald在研究小鼠雌性时,发现雄鼠对移植皮肤的排斥反应,比同种雌鼠对移植皮肤的排斥反应[24]更为迅速,从而推论Y染色体上存在一种很弱的移植抗原,该抗原由次要组织亲和点(H)所决定,进而提出了H-Y抗原和H-Y抗体的名称[25]. H-Y抗原在异性间组织移植的排斥反应和性别控制等方面的研究中具有重要的理论和实践意义. 1975年Wachel等人,提出一个假说:H-Y抗原可能是性别决定基因的产物.在鸟类和某些两栖类中，该基因编码卵巢[26],即在鸟类中,H-W决定雌性性别[27].然而,Muller等在研究由雌二醇诱导得到的雌性化的小鸡时发现,基因型为ZZ的小鸡中也有所谓的ZW抗原表达,只是抗原水平低于基因型为ZW的个体[28].1.2.5 细胞自主控制性别分化科学家们把鸡性别决定的研究重点更多地放在了性腺分化和激素调控性别表型上,而最近的研究开始强调性腺以外的因素对性发育的影.许多研究表明,在胚胎发育时期多种机体组织性二态基因在性腺分化以前就能检测到其表达[29].Zhao等[30]研究了表型为一侧为有肉垂、鸡冠、长直腿和胸部肌肉发达的典型雄性特征,而另一侧为典型雌性特征的雌雄嵌体鸡,发现左右侧机体组织中都含有ZZ和ZW型性染色体组成的细胞,只是比例不一.左右侧组织细胞接收同样的性腺分泌物(雌雄激素),却做出了不一样的应答,导致表型的不一致,说明经典的由性腺激素决定机体表型的理论在鸡中并不完全适用,鸡机体的性别识别可能是由细胞自主控制的,ZZ型和ZW型细胞的相对比例决定了机体的表型性状.而关于此类的研究还在持续进行中.2鸡性别鉴定禽类性别鉴定方法依其生理阶段可划分为出壳后鉴定与出壳前鉴定两大类，前者主要包括禽类外观鉴定法、雏禽伴性遗传法及雏禽翻肛鉴定法三种,雏禽翻肛鉴定法应用最为广泛,其次是雏禽伴性遗传法,由于禽类不同性别的生产效益差别显著,且禽类产品生产量巨大,在种蛋孵化早期甚至孵化之前就能够鉴别出其性别,并对不同性别的种蛋进行合理处理,不仅可降低孵化成本,减少孵化过程的资源浪费,还可避免出雏后处死不受欢迎的雏禽而违背动物福利的指责.因此,目前有研究者尝试在禽类出壳前进行性别鉴定,其中以鸡胚居多按照鉴定技术所要求的鸡胚胚龄来看,从16~18胚龄的激素含量鉴定开始到12.5胚龄左右的PCR鉴定法,8胚龄左右的性腺形态学鉴定,3~5胚龄的血线形态法,最后是种蛋的蛋形指数法,鉴别时间向孵化早期靠拢.2.1鸡胚尿囊液雌激素含量鉴定法由于性腺的发育与性激素的释放,孵化中后期雌胚尿囊液中雌激素的含量远高于雄胚,通过测定胚蛋尿囊液或羊水中雌激素含量,可对胚胎性别进行鉴定美国Embres公司已为此项技术及与之相配套的胚蛋尿囊液取样定位技术申请了两项专利(专利号为6506570 和6510811,前者是对雌激素进行检查的方法,后者则提供了对胚蛋尿囊液进行采集或定位的方法[31].这两项专利为生产自动化禽类雌雄鉴定设备提供了技术基础,但目前尚无相关产品问世,该方法的缺点在于需要孵化至中后期(16d >左右)才能进行鉴别,同时尿囊液的采样会破坏鸡胚蛋的蛋壳,对孵化率会造成一定影响.2.2 细胞核型分析法该方法主要依赖于Z 染色体与W染色体在形态上的区别,通过对分裂旺盛的组织进行取样，并制片观察其有丝分裂中期染色体的形态来鉴定样本的性别.但某些禽类如鸵鸟的Z 染色体与W染色体的长度、大小差异均不明显[32],且取样操作对胚胎损伤较大,操作时间长,很难获得高质量的染色体中期分裂相,因此难以在生产实践中推广应用.2.3细胞DNA含量检测法由于性染色体Z 和W上的DNA 含量不同，不同性别个体的细胞中DNA含量相差0.6%~3.5%,可用碘化丙啶对细胞核染色,然后通过流式细胞仪分析细胞基因组大小,并据此判断样本性别.该方法缺点在于仪器本身价格昂贵,鉴别成本较高.2.4 PCR鉴定法家禽的性别由Z染色体与W染色体决定,因此用于性别鉴定的目的基因都位于性染色体上,主要有CHD1基因EE0.6序列及HxoⅠ重复序列等,其中后两者为假基因序列.CHD1基因在非平胸总目家禽基因组中有2个同源拷贝,即CHD1-Z与CHD1-W,前者与Z染色体连锁,后者与W染色体连锁[33],二者的内含子大小差异很大,可通过设计特异性引物进行PCR扩增,产物直接电泳,或经限制性内切酶特异性酶切后电泳,根据产生的条带数目对样本性别进行区分.直接电泳时,雌性为2条带,雄性为1条带;酶切后电泳时,雌性为3条带,雄性为1条带[34].该方法可用于鸡、鸭、鸽子、鹌鹑及部分鹤形目鸟类的性别鉴定，只需采集少量胚胎尿囊液样本、血液样本或成禽羽毛样本即可,不同鸟类扩增的适用引物对各不相同。

收稿日期:2001-06-10作者简介:牛宝龙(1967-),男,甘肃会宁人,助理研究员,主要从事生物工程研究。

浙江农业学报Acta Agriculturae Zhejiangensis 13(6):327～334,2001 昆虫的性别决定与性别控制牛宝龙,翁宏飚,孟智启　(浙江省农业科学院蚕桑研究所,浙江杭州310021)摘　要:昆虫的性别决定因物种的不同而不同,果蝇的性别决定是一个阶梯式的调控过程,原始信号是X ∶A ,性别决定的调控核心是sxl ,体细胞性别分化、剂量补偿及生殖细胞分化都是通过SX L 对mRNA 剪切的调控而实现的。

研究昆虫的性别决定是人们进行昆虫的性别控制的基础,随着基因工程的发展,人们可以利用性连锁平衡致死基因、性别特异性致死基因、杀雄微生物等多字方法对昆虫的性别进行控制。

关键词:性别决定;体细胞性别分化;剂量补偿;生殖细胞分化;性别控制;性连锁平衡致死;武装打靶;杀雄微生物中图分类号:S963 文献标识码:A文章编号:1004-1524(2001)06-0327-08I nsect sex determination :NI U Bao 2long ,WE NG H ong 2biao ,ME NG Zhi 2qi (Sericulture Research Institute ,Zhejiang Academy o f Agricultural Sciences ,Zhejiang ,Hangzhou 310021,China )Abstract :G enetic mechanisms of sex determination in insect are diverse with differentiation of species .Sxl ,a key gene that responds to the primary signal of X ∶A ,s witches the sex 2determining pathways in the s oma ,germline and dosage com pensation through alternative splicing of mRNA in the sex 2determining cascades in Dros ophila.Research of sex determination is the basic foundation for insect sex 2control which can be efficiently controlled using balanced sex 2linked lethal genes ,sex specific expression of domain lethal genes and male 2killing bacteria with the progress of gene engineering.K ey w ords :sex 2determination ;s oma ;dosage com pensation ;germline ;sex 2control ;balanced sex 2linked lethal ;armed cassettes 2target ;male 2killing bacteria 昆虫的性别决定因物种的不同而不同,有的物种是XY 型,如果蝇[1],其雄体的性染色体为XY ,雌体为XX;有的物种是Z W 型,如家蚕[2],其雄体的性染色体为ZZ ,雌体为Z W ;有的物种是单倍-二倍型。

哺乳动物性别决定机制及其研究进展摘要：本文综述了与哺乳动物性别决定有关的几个基因在基因通路中的表达调控及功能, 并分析了这些基因之间可能的相互作用机理, 为发育生物学、哺乳动物性别决定、性别控制、胚胎鉴定以及畜牧业的生产提供一些借鉴。

关键词：SPY；基因；性别决定；哺乳动物正文：人类胚胎早期的性腺具有双向性, 在精确而复杂的调控下形成男女两性的表现型, 这一发展过程按时间可以分为 2 步: 第1 步由基因决定原始性腺发育为睾丸抑或是卵巢, 称之为性别决定; 第 2 步在睾丸和卵巢产生的不同激素作用下最终形成男性和女性的表现型, 成为性别分化。

目前的研究认为, 哺乳动物的性别决定主要由Y 染色体上的性别决定基因S RY ( sex d e t er min i n gr egion of Y ch r omosom e) 调控。

同时, 还存在着一些其他基因涉及性别决定系统, 如常染色体基因S OX 9、WT 1、S F 1、M I S 以及X 染色体上的 D A X1基因, 性别决定与分化是一个多基因互作的级联过程。

人类性别分化是从受精卵开始的, 在WT 1、S F -1、GA T A 1 等基因产物的作用下, 中胚层发育成为具有双向分化潜能的生殖嵴。

男性胚胎在S RY 作用下启动S OX 9、DM RT 1 和 D M R T 2 等下游基因, 促使生殖嵴分化成睾丸; 而女性胚胎则在双倍 D A X1作用下形成卵巢。

性别决定包括初级性别和次级性别决定。

初级性别决定关系到性腺的发育方向, 如哺乳动物的性别是由性染色体决定的, 通常不受环境的影响; 次级性别决定则关系到除性腺外的身体表型, 即第二性征。

一、性染色体上的性别决定1.Y 染色体上的性别决定基因SR YSRY是哺乳动物重要的性别决定基因，研究认为SPY是哺乳动物的睾丸决定基因。

SPY位于Y染色体短臂（YP），靠近假常染色体区域，起源于X染色体上的SOX3。

鸡蛋胚胎性别鉴定研究进展作者：王新成来源：《国外畜牧学·猪与禽》2017年第03期中图分类号：S816 文献标识码：A 文章编号：1001-0769（2017）03-0048-01有史以来，在蛋鸡生产中，家禽工作者都希望能将雄性鸡雏在孵化后就分出来，只保留雌性鸡雏，这样可以减少育雏的饲养成本。

理论上，可以根据伴性遗传的原理，在孵化后由快慢羽进行性别鉴定；或者用肛鉴法，将公母分开。

这些方法，需要在孵化后方可进行。

所以，涉及到对数量庞大的公鸡鸡雏处理的问题。

近些年来，由于动物权益组织的抗议，这一问题，变得更加明显、严重。

其实，对鸡雏早期性别鉴定的研究，从来也没有间断。

近年来，学术界对这一课题的研究，取得了令人鼓舞的成果。

目前，对鸡蛋胚胎性别的鉴定，可以提前至鸡雏出壳之前。

在德国，由德国农业部资助的项目，在德累斯顿工业大学（Dresden University of Technology）和莱比锡大学（University of Leipzig），科研人员用光谱学原理，对孵化3 d的鸡蛋进行性别鉴定。

测试使用激光束，在鸡蛋顶部切割一个极小的圆孔。

再用近红外光谱，测定胚胎的DNA含量，雄性胚胎DNA较雌性胚胎高约2%，这样可以确定胚胎的性别。

这个过程在很短的时间内完成，准确率为95%。

如果鸡蛋被确定为雌性胚胎，则修复激光切割孔，并送回孵化器，继续孵化。

如果鸡蛋被确定为雄性胚胎，鸡蛋将终止孵化。

在美国，由美国威道农场（Vital Farms）和以色列的诺传斯（Novatrans）科技公司，新近（2016年6月）合资成立的噢瓦布瑞提（Ovabrite）公司，在鸡蛋产下两天后，孵化之前，根据胚胎中气体的变化，可以确定鸡蛋是否受精，并鉴定公母。

那些被鉴定为雄性胚胎的鸡蛋，仍然可以作为食用鸡蛋进入超市。

在加拿大，由加拿大家禽委员会资助的项目，在麦吉尔大学呐甘地（Ngadi）教授领导下，对鸡蛋胚胎的性别鉴定也取得了突破性进展。

畜牧兽医学报 2023,54(8):3152-3163A c t a V e t e r i n a r i a e t Z o o t e c h n i c a S i n i c ad o i :10.11843/j.i s s n .0366-6964.2023.08.003开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):鸡性别决定及分化关键调控基因D M R T 1研究进展郑 钢,连 玲*(中国农业大学动物遗传资源与分子育种实验室,北京100193)摘 要:鸡是重要的农业动物之一,其所提供的鸡蛋是优质且廉价的动物蛋白来源㊂由于蛋鸡饲养中对母雏的需求偏好,使得早期性别鉴定成为蛋鸡生产中的重要一环,鉴定后会淘汰大量公雏,这不仅造成了巨大损失,还涉及到伦理道德问题㊂近年来,随着科学技术的发展使得人为控制畜禽性别成为可能,性别调控机制相关的研究挖掘出了很多候选基因,其中DM R T 1基因被认为是调控公鸡性腺形成的关键基因㊂本文系统的综述了DM R T 1基因在鸡性别决定及性腺分化中的作用㊁相关途径以及影响其表达的潜在因素,为后续深入研究家禽性别调控机制及开发人工性别控制技术提供参考㊂关键词:DM R T 1;鸡胚;性别决定;性腺发育 中图分类号:S 831.2 文献标志码:A 文章编号:0366-6964(2023)08-3152-12收稿日期:2022-12-30基金项目:国家重点研发项目(2022Y F F 1000204;2021Y F D 1300600);国家自然科学基金(32272865;U 1901206);国家蛋鸡产业技术体系(C A R S -40);家养动物种质资源库作者简介:郑 钢(1998-),男,安徽望江人,硕士生,主要从事家禽遗传育种研究,E -m a i l :j i u ji u 0820@163.c o m *通信作者:连 玲,主要从事家禽遗传育种研究,E -m a i l :l i a n l i n gl a r a @126.c o m R e s e a r c h P r o g r e s s o f K e y R e g u l a t o r y Ge n e D M R T 1i n C h i c k e n S e x D e t e r m i n a t i o n a n d D if f e r e n t i a t i o nZ H E N G G a n g ,L I A N L i n g*(L a b o r a t o r y o f A n i m a l G e n e t i c R e s o u r c e s a n d M o l e c u l a r B r e e d i n g ,C h i n a A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100193,C h i n a )A b s t r a c t :C h i c k e n i s o n e o f i m p o r t a n t a g r i c u l t u r a l a n i m a l s a n d t h e e g g s t h e y s u p p l i e d a r e a h i gh q u a l i t y a n d e c o n o m i c a l s o u r c e o f a n i m a l p r o t e i n .I n t h e l a y e r i n d u s t r y ,t h e e a r l y se x i d e n t if i c a t i o n i s i n d i s p e n s a b l e p r o c e d u r e d u e t o t h e p r e f e r e n c e f o r f e m a l e c h i c k s .L a r ge n u m b e r s of m a l e c h i c k s w e r e c u l l e d a f t e r s e x i d e n t i f i c a t i o n ,w h i c h n o t o n l y c a u s e s a h u ge l o s s b u t a l s o h a s e t h i c a l i s s u e s .I n r e c e n t y e a r s ,t h e d e v e l o p m e n t of s c i e n c e a n d t e c h n o l og yh a s m a d ei t p o s s i b l e t o a r t i f i c i a l l yc o n t r o l t h e s e x o f l i v e s t o c k a nd p o u l t r y .T he r e s e a r c h o n s e x r e gu l a t i o n m e c h a n i s m s h a s e x c a v a t e d m a n y i m p o r t a n t c a n d i d a t e g e n e s ,a m o n g w h i c h t h e DM R T 1g e n e i s c o n s i d e r e d t o b e a k e y g e n e i n t h e r e g u l a t i o n o f g o n a d f o r m a t i o n i n r o o s t e r s .T h i s p a pe r r e v i e w e d t h e r o l e of t h e DM R T 1g e n e i n chi c k e n s e x d e t e r m i n a t i o n a n d g o n a d a l d i f f e r e n t i a t i o n a s w e l l a s t h e r e l a t e dp a t h w a y s a n d t h e p o t e n t i a l f a c t o r s a f f e c t i n g i t s e x pr e s s i o n .T h i s r e v i e w p r o v i d e s a r e f e r e n c e f o r i n -d e p t h s t u d i e s o n t h e m e c h a n i s m o f s e x d e t e r m i n a t i o n a n d d e v e l o pm e n t o f f e a s i b l e a r t i f i c i a l s e x c o n t r o l a p pr o a c h e s .K e y wo r d s :DM R T 1;c h i c k e n e m b r y o ;s e x d e t e r m i n a t i o n ;g o n a d o g e n e s i s *C o r r e s p o n d i n g au t h o r :L I A N L i n g ,E -m a i l :l i a n l i n g l a r a @126.c o m8期郑 钢等:鸡性别决定及分化关键调控基因DM R T 1研究进展根据F A O (h t t p s :ʊw w w.f a o .o r g/f a o s t a t /z h /#d a t a /Q C L )统计数据,1961 2021年间,全球鸡蛋产量从1438万吨猛增至近8639万吨,中国是世界上最大的鸡蛋生产国,占全球生产总量的1/3左右㊂在规模化蛋鸡养殖产业中,雏鸡出生1日龄便对其进行性别鉴定,母雏全留,公雏被淘汰㊂据不完全统计,每年全球有将近60~70亿只公雏被扑杀[1],这不仅造成了巨大的经济损失,同时还面临严重的伦理问题㊂雏鸡的性别鉴定方法主要有翻肛法㊁羽色法和羽速法[2],这些方法都是通过对1日龄雏鸡进行人工性别鉴定,为了节省孵化成本,越来越多的学者致力于探索性别早期鉴定的方法,比如以D N A 检测为主的分子生物学方法㊁依据种蛋蛋形指数的蛋壳形态检测方法㊁以拉曼光谱和高光谱为主的光谱检测方法㊁提取尿囊液进行激素检测等,见表1[3]㊂但这些方法均存在一定的缺陷,如需要打开蛋壳等操作,存在影响胚胎发育的风险,同时上述方法也有检测准确率低㊁判定时间较晚等问题,此外分子生物学检测和光谱检测在应用上还存在操作复杂或检测成本高等问题,基于挥发物组成差异进行检测目前仅针对于京粉一号品种,且对试验环境和设备精度要求很高㊂随着生物技术的飞速发展,通过生物学手段人为控制或者逆转性别已成为可能㊂从性腺发育㊁分化以及性别决定基因入手挖掘性别控制的遗传基础已成为研究热点,其在科学研究以及产业应用上均具有重要价值㊂表1 鸡种蛋胚胎性别检测方法比较[3]T a b l e 1 C o m p a r i s o n o f e m b r y o s e x t e s t i n g me t h o d s [3]检测方法D e t e c t i o n m e t h o d判别时间/dJ u d gm e n t t i m e 准确率/%P r e c i s i o n 破坏性D e s t r u c t i v e n e s s 检测成本I n s pe c t i o n c o s t 分子生物学技术-100.00破坏高M o l e c u l a r b i o l o g y t e c h n i qu e s 15100.00破坏蛋壳形态学检测孵前-无损低E g g s h e l l m o r p h o l o gi c a l d e t e c t i o n 孵前80.21无损光谱检测法3.593.00破坏高S p e c t r o s c o pi c d e t e c t i o n 787.14无损1082.86无损1497无损激素检测法10-微创-H o r m o n e a s s a ys 16-破坏血线纹理特征-G A -B P 神经网络模型482.80无损低B l o o d -v e s s e l s t e x t u r e f e a t u r e -G A -B P n e u r a l n e t w o r k m o d e l透光性-光电检查法16~1884.00无损低T r a n s m i t t a n c e -p h o t o e l e c t r i c i n s p e c t i o n m e t h o d 挥发物组成差异算法分析(京粉一号)孵化早期100无损高A l g o r i t h m a n a l y s i s o f d i f f e r e n c e s i n v o l a t i l e c o m po s i t i o n - 代表无对应数据㊂表1引自参考文献[3],在其基础上有所改动 - r e p r e s e n t s n o c o r r e s p o n d i n g da t a .T ab l e 1i sc i t ed f r o m ref e r e n c e [3]w i t h m i n o r m o d i f i c a t i o n s 哺乳动物性染色体组成为X /Y ,雌性表现为同配(X X ),雄性表现为异配(X Y )㊂在奶牛上,通过流式细胞术分离携带X 或Y 的精子,能有效实现对后代性别的控制,但还存在受孕率低及高成本问题[4];而鸡和其他鸟类动物与此相反,雄性表现为同配(Z Z )而雌性表现为异配(Z W ),由于染色体组成的差异,无法在鸡上采取同样的精子分离方法进行有效的性别控制㊂早在1991年,研究人员就鉴定了哺乳动物中的Y 染色体连锁的睾丸决定基因S R Y (s e x d e t e r m i n i n g r e gi o n Y )[5],但目前为止,在包括鸡等鸟类动物中未能找到与S R Y 等效的性别决定基因,这提示鸟类动物存在不同的性别决定方式㊂鸟类动物的性别决定过程受到性染色体(Z Z/Z W )调控,这些性染色体中的一条或两条携带的基因在鸡胚发育早期能控制性别分化,在雄性个体中左右性腺都发育形成睾丸,而在雌性个体中,性腺发育左右不对称:左侧性腺产生功能性卵巢,而右侧性腺退化㊂鸡等鸟类动物的性别决定机制目前主要有3513畜牧兽医学报54卷两种假说[6]:一是Z染色体剂量效应假说:只有一条Z染色体的个体发育为雌性,有两条Z染色体的个体发育为雄性,该假说认为Z染色体剂量依赖机制是鸡性别决定的基础㊂其中Z连锁DM R T1(d o u b l e s e x a n d m a b-3r e l a t e d t r a n s c r i p t i o n f a c t o r1)基因的剂量效应是Z染色体剂量效应假说中最典型的证据,DM R T1在胚胎性腺发育中起关键作用,是调节睾丸发育形成的关键基因㊂二是W染色体显性效应假说:即W染色体上存在有显性的雌性发育相关基因能直接调控雌性性别决定过程,相关研究工作[7-9]发现一些W染色体连锁基因可能直接参与控制雌性的性别决定过程和表型的发生过程㊂S h a w等[10]和L i n等[11]发现,具有3A:Z Z W(A:常染色体A u t o s o m e)基因型的三倍体鸡表现为两性中间体,这些鸡有一个右侧睾丸和短暂出现的左侧卵巢(卵巢随年龄增长而逐渐退化),在发育成熟后表现为雄性外型㊂这表明,W染色体带有雌性性别决定相关基因,因为尽管存在两条Z染色体,仍可能形成一些卵巢组织,该发现也侧面佐证了Z染色体剂量对性别决定的重要影响㊂除上述两个假说外,激素调控以及细胞自主性识别(c e l l a u t o n o m o u s s e x i d e n t i t y,C A S I)假说也被广泛提及,激素调控性别假说认为由性腺分化而产生的性激素在性别分化中起调控作用,通过阻断或外源添加雌激素,能分别使雌鸡或雄鸡出现异性的性别特征,激素调控理论更多的是强调在性腺分化的基础上,性腺分泌的激素参与到性别分化进程㊂细胞自主性识别假说认为鸡等鸟类体细胞具有固有的性别识别方式,其性别分化本质上是细胞自主的[12],该假说认为雄性和雌性的差异主要不是由于激素作用的结果[13],且激素水平的改变不影响鸡等鸟类动物的体细胞自主性识别过程,这一点区别于人等哺乳动物激素水平对个体发育形态的影响,说明在鸡等鸟类动物中不以激素调节性别表型,提示这种特殊的调控机制背后涉及到复杂的基因调控㊂本文综述鸡性别决定及分化关键调控基因DM R T1的研究进展,从多个角度剖析DM R T1在鸡胚性别决定及分化中的重要作用以及影响DM-R T1表达的潜在因素,为深入研究DM R T1在鸡等鸟类动物性腺分化中的作用以及为研究鸡性别调控相关理论提供参考㊂1鸡胚性别决定及分化进程性别决定是指有性繁殖生物中,产生性别分化,并形成种群内雌雄个体差异的基础,性别分化指受精卵在性别决定的基础上,进行雌性或雄性性状的发育过程㊂脊椎动物的性别决定分为遗传型性别决定(g e n e t i c s e x d e t e r m i n a t i o n,G S D)和环境型性别决定(e n v i r o n m e n t d e p e n d e n t s e x d e t e r m i n a t i o n, E S D)[14]㊂哺乳动物和鸟类的雌雄两性个体具有明确的性染色体差异,其性别决定过程受性染色体的遗传调控[15]㊂性腺是由生殖细胞和体细胞两类细胞组成的,原始生殖细胞(P G C)来源于胚胎发育早期的中胚层,然后经过定向迁移到达生殖嵴(g e n i t a l r i d g e),与性腺体细胞共同发育为性腺㊂值得注意的是,与其他脊椎动物不同,鸡胚胎支持细胞(s e r-t o l i c e l l s)并非来自腔上皮,它们来自DM R T1(+)/ P A X2(+)/WN T4(+)/O S R1(+)间充质细胞群,在生殖细胞迁移到性腺的早期,这些细胞定植于未分化的生殖嵴[16]㊂另外,雌雄鸡胚早期都有两套原始生殖管道:一对沃尔夫氏管(W o l f f i a n d u c t,又称中肾管)和一对缪勒管(M u l l e r i a n d u c t,又称中肾旁管)㊂在雄性个体中,沃尔夫氏管发育形成雄性生殖管道,而缪勒管退化;而在雌性个体中,沃尔夫氏管退化,缪勒管则形成雌性生殖管道㊂鸡最早期性别决定发生在鸡胚受精卵形成时,由差异化的染色体组成(Z Z/Z W)决定㊂鸡胚性腺发育历程简化如图1所示[17]㊂鸡的胚原基(原始性腺)在胚胎发育E3.5d开始形成并发育成原始生殖嵴,有报道指出早在E2.0d时[18],侧板中胚层(L P M)腹内侧的细胞就被确定为性腺祖细胞(G P C),G P C在E2.0d-E3.0d时受H e d g e h o g信号激活进而分化形成性腺细胞并形成生殖嵴, E3.0d时腹内侧出现明显的增厚,这是鸡性腺发生的第一个迹象;在E3.5d-E4.5d时,还无法在形态上区分性腺的雌雄差异,在E5.5d时,性腺在形态上表现是外部上皮细胞层和密集的下层髓质中的细胞索,到E5.5d-E6.5d开始出现形态上的差异,逐渐分化形成雌/雄性腺㊂在雄性胚胎中,性腺皮质开始退化,生殖细胞与髓质相互作用形成生精小管索结构㊂而在雌性胚胎中,左侧性腺体细胞和生殖细胞在皮质内增殖,皮质层显著增厚,右侧性腺则开始退化;在E6.5d-E21.0d期间,两性性腺出现显著形态学差异:雄性睾丸对称且大小相似,两侧性腺组织中的皮质层进一步变薄,髓质形成管腔结构,生殖细胞与周围的支持细胞组成生精小管索㊂而雌性卵巢组织不对称,左侧性腺皮质层逐渐增厚且结构致45138期郑钢等:鸡性别决定及分化关键调控基因DM R T1研究进展密,髓质结构疏松,卵母细胞开始进行减数分裂,尽管右性腺也能类似于左性腺发生髓质空泡化,但它无法形成增厚的富含生殖细胞的皮质,右侧性腺逐渐发生萎缩㊂相关生殖管道的发育在鸡两性间也存在差别,雄性缪勒管在孵化E8.0d停止发育,并在E12.0d消退;而雌性左侧缪勒管发育形成输卵管,右侧导管在E12.0d后经历相对缓慢的退化后在孵化时完全消失[19]㊂图1鸡胚性腺性别分化示意图[17]F i g.1T h e s c h e m a t i c o f g o n a d a l s e x d i f f e r e n t i a t i o n i n c h i c k e m b r y o s[17]2鸡胚性别决定或者性别分化过程中涉及的重要基因鸡胚早期性别决定和性别分化过程中涉及很多相关基因的参与㊂目前研究较多的基因主要有DM R T1㊁S F1(o r p h a n n u c l e a r r e c e p t o r s t e r o i d o-g e n i c f a c t o r-1)㊁L HX9(L I M h o m e o b o x p r o t e i n)㊁D A X1(N R0B1,n u c l e a r r e c e p t o r s u b f a m i l y0 g r o u p B m e m b e r1)㊁S P I N1/S P I N1L(s p i n d l i n g 1/s p i n d l i n g1l i k e)㊁S O X9(s r y-b o x t r a n s c r i p t i o nf a c t o r9)㊁H E M G N(Z-l i n k e d m a l e f a c t o r,h e m o-g e n)㊁AMH(a n t i-M u l l e r i a n h o r m o n e)㊁WT1 (W i l m s t u m o r1)㊁C Y P19A1(c y t o c h r o m e P450 f a m i l y19s u b f a m i l y A m e m b e r1)㊁F O X L2(f o r k-h e a d b o x L2)㊁E S R1(e s t r o g e n r e c e p t o r1)㊁H I N TW(h i s t i d i n e t r i a d n u c l e o t i d e b i n d i n g p r o t e i n W)㊁U B E2I(u b i q u i t i n c o n j u g a t i n g e n z y m e E2I)㊁WN T4(W n t f a m i l y m e m b e r4)等㊂其中DM R T1㊁AMH㊁S O X9㊁H E M G N等在雄性发育中起关键调节作用,而C Y P19A1和F O X L2等在雌性发育中起关键的调节作用㊂上述基因中,DM R T1被广泛认为是调控公鸡睾丸形成的核心基因,DM R T1基因的剂量直接影响鸡性别决定进程㊂3D M R T1简介及胚胎期原位表达DM R T1最早在无脊椎动物中被发现,是一种古老的性别决定基因,是少数几个在鱼类㊁龟类㊁鳄鱼㊁两栖动物㊁鸟类和哺乳动物的代表性物种中被绘制的性别相关基因之一[20],DM R T1在许多进化物种中均表现出性别二态性(指同一物种不同性别之间的差别)表达,是脊椎动物性别决定通路中的保守成分[21-22]㊂鸡DM R T1基因位于Z染色体26.45~ 26.50M b之间,其编码的m R N A长度为1244b p,由6个外显子组成,经典蛋白产物长度是365a a (U n i p r o t)㊂D M R T1蛋白位于核内,是D M结构域(D M d o m a i n)家族转录因子之一,D M结构域在进化中高度保守,D M结构域基因是最早在脊椎动物和无脊椎动物门类中显示出性别二态性表达的基因[21]㊂DM R T1的表达具有很强的组织特异性,主要在性腺及相关组织中表达㊂O m o t e h a r a等[23]于2014年研究了鸡胚胎发育过程中D MR T1蛋白在雄性和雌性鸡胚的泌尿生殖系统(包括缪勒管)的表达模式(图2)㊂发现在性别决定的推测期(E4.5d)5513畜 牧 兽 医 学 报54卷之前,雄性未分化性腺的性腺体细胞与雌性相比表现出更强的DM R T 1的表达,在鸡胚性别决定之后的E 6.5d,雄性鸡胚形成睾丸索的支持细胞表达DM R T 1,同时发现在性别开始分化的E 4.5d 后,雄性和雌性的生殖细胞同样能表达DM R T 1,但在雄性鸡胚的表达是连续的,而在雌性鸡胚发育过程中,在左侧卵巢皮质生殖细胞中的表达不连续-从左侧卵巢皮层中央部分的生殖细胞向两侧边缘逐渐消失㊂同时DM R T 1也在E 4.5d -E 7.5d 的输卵管嵴(缪勒管的前体)中被检测到,在雌/雄鸡胚缪勒管的间充质和最外层的腔上皮都能检测到DM R T 1的表达,DM R T 1在雄性缪勒管退化前表达高,在E 8.0d ,雄性缪勒管消退,DM R T 1表达仅限于间充质区域,而雌性表达模式没有变化㊂尽管该研究对DM R T 1基因原位表达做了较为详细的论述,但该研究仅主要集中在E 4.5d -E 15d ,相关研究发现早在E 3.5d 的鸡胚生殖嵴中就已经有DM R T 1的表达[24],有关覆盖胚胎性腺发育全阶段DM R T 1的时空表达图谱还有待进一步的完善㊂线宽表示与异性相比的相对表达水平㊂阴影线表示性别决定的推定期T h e l i n e w i d t h r e p r e s e n t s t h e r e l a t i v e e x p r e s s i o n l e v e l c o m -p a r e d w i t h t h a t i n t h e o p p o s i t e s e x .A s h a d e d l i n e i n d i c a t e s t h e p r e s u m p t i v e p e r i o d o f s e x d e t e r m i n a t i o n 图2 D M R T 1在鸡胚泌尿生殖系统中的时空和性别二态性表达模式图[23]F i g .2 T h e s c h e m a t i c o f t h e s p a t i o t e m po r a l a n d s e x u a l d i m o r -p h i c e x p r e s s i o n p a t t e r n s o f D M R T 1i n t h e u r o ge n i t a l s y s t e m of t h e c h i c k e n e m b r yo [23]值得一提的是A y e r s 等[25]在2015年报道了DM R T 1不仅在早期形成的鸡胚缪勒氏管嵴中表达,还在导管形态发生期间经历从上皮细胞转变到在间充质细胞中表达,同时发现在鸡胚中敲低DM -R T 1会导致间充质层大大减少,阻断导管管腔上皮的尾部延伸,因此提出DM R T 1是缪勒管发育的早期必需步骤㊂然而I o a n n i d i s 等[26]在2019年研究DM R T 1基因敲除后的鸡胚(Z -W )发育时,发现其能形成正常左侧缪勒管,该结果对DM R T 1在缪勒管发育早期的必要性提出了质疑㊂值得注意的是O m o t e h a r a 等[27]在2017年研究发现,部分表达DM R T 1的皮质细胞仅在左侧睾丸发育开始后对左侧睾丸髓质中的支持细胞有贡献,结果表明DM -R T 1在睾丸中的表达存在不对称性㊂4 雄性鸡睾丸形成依赖于D M R T 1基因剂量早在1999年,R a ym o n d [28]就发现DM R T 1在鸡性别分化之前的生殖嵴和沃尔夫氏管中表达,且在Z Z 型胚胎中的表达水平高于Z W 胚胎;S h a n 等[24]在2000年的研究中发现,DM R T 1在E 3.5d的雄性生殖嵴中的表达高于雌性;N a n d a 等[29]在2000年基于染色体同源性研究中发现,DM R T 1基因与人类上的直系同源物和人类X Y 性别逆转相关,提出DM R T 1是脊椎动物性别决定最早期的剂量敏感基因㊂O r a l 等[30]在2002年通过对性腺分化前后相关基因表达趋势的分析,发现在E 5.0d 时DM R T 1在整个性腺中表达,但由于原位杂交技术的局限性,未在此阶段揭示该基因表达是否存在明确的性别二态性,但在E 6.0d 的鸡胚中,雄性比雌性显著高表达㊂随后,E 7.0d 的雄性性腺中出现AMH 和DM R T 1的高表达(DM R T 1在雄性性腺中比雌性性腺表达高两倍以上)以及S O X 9的开始表达,且同时伴随着睾丸索的形成;除上述基因外,其他基因不呈现显著的性别二态性㊂另外,Y a m a m o t o 等[31]在2003年发现DM R T 1表现出雄性特异性表达模式,提出DM R T 1㊁S O X 9和AMH在E 5.5d -E 8.5d 时与睾丸形成有关㊂S m i t h 等[32]2003年在使用芳香酶抑制剂F A D (f a d r o z o l e)诱导的雌性反转为雄性的鸡胚中分析DM R T 1的表达,发现性反转胚胎DM R T 1表达水平升高,该现象与具有两个Z 染色体拷贝的正常雄性个体相似,基于此结果,他认为睾丸发育中确实涉及DM R T 1基因上调,但两个拷贝DM R T 1并非是必须的;此外郑江霞和杨宁[33]在2007年,利用经芳香化酶抑制剂处理产生的性反转鸡胚进行试验,也发现D M R T 1的上调表达与睾丸形成有关㊂2009年,65138期郑钢等:鸡性别决定及分化关键调控基因DM R T1研究进展S m i t h等[34]给出了有关DM R T1表达与鸡性别决定有关的最直接证据,他们使用R N A干扰技术(R N A i)敲低早期鸡胚中的DM R T1基因,发现试验组的雄性表现出部分性别逆转,导致遗传雄性(Z Z)胚胎出现性腺的雌性化,包括左性腺显示雌性样组织㊁睾丸索紊乱㊁睾丸标志物S O X9下降㊂该研究还发现,在性腺雌性化的Z Z鸡胚中,卵巢标志物芳香酶被异位激活,而且相比较于左侧性腺,右侧性腺DM R T1和异位芳香酶活化的变化更大,表明左右性腺对DM R T1的敏感性不同㊂随后L a m b e t h等[35]在2013年使用逆转录病毒载体R C A S B P在鸡胚中异位表达芳香酶基因C Y P19A1,发现雄性鸡胚胎中过表达C Y P19A1诱导了雄性性腺向雌性的反转,此外还发现雄性性腺发育的关键基因DM R T1㊁S O X9和AMH的表达受到抑制,性反转雄性个体的生殖细胞分布和雌性相似㊂同年,F a n g等[36]的研究指出在性别决定和性腺分化期间,由外源雌激素诱导雄性到雌性的性反转胚胎中,在E3.0d-E5.0d期间DM R T1表达活性较低㊂随后2014年L a m b e t h[37]的研究还发现,DM R T1在雄性胚胎性腺中表达上调是出现在H E M G N㊁S O X9和AMH表达之前的,这表明DM R T1在胚胎雄性性别决定中处于更靠前的位置,另外过表达DM R T1会诱导雄性发育相关基因的表达并拮抗胚胎性腺中的雌性相关途径,而在雌性性腺中异位表达DM R T1能诱导局部AMH㊁S O X9㊁H E M G N等雄性相关基因的表达㊂2017年H i r s t等[38]在鸡胚发育E3.0d时外源注射F A D至胚胎中,最终诱导了雏鸡雌性到雄性的性反转,在反转个体性腺中发现芳香酶活性显著丧失并伴随着性腺出现雄性化特征,但W染色体连锁的H I N TW㊁F A F和F E T1基因的表达水平在雌性鸡性反转前后没有差异,据此,提出是Z连锁的DM R T1而不是W性染色体调控鸟类的性别分化过程㊂DM R T1剂量对鸡性别分化影响的最直接的证据是I o a n n i d i s等[26]在2021年的报道,基于C R I S P R-C a s9的单等位基因靶向方法产生具有DM R T1基因靶向突变的鸡,发现由此产生的具有DM R T1单一功能拷贝的染色体雄性(Z+Z-)鸡发育形成卵巢,直接证明鸡性别决定机制基于DM-R T1剂量,结果说明了在雄性个体中,DM R T1剂量(两个拷贝)对睾丸形成命运的决定作用,有趣的是突变鸡(Z+Z-)的外形㊁生长速度和肌肉发育等和野生型的公鸡更为相似,该结果也支持了鸟类动物的C A S I假说㊂同年L e e等[39]也做了相似的工作,采用C R I S P R-C a s9破坏DM R T1起始密码子,发现在雄性鸡胚发育的早期阶段,DM R T1的破坏诱导性腺雌性化,在激素合成紊乱的情况下,雌性的功能性生殖能力无法实现㊂5D M R T1作用途径有关DM R T1在性别决定和分化中如何发挥作用尚未有完善的试验性结果,但大多数研究推测认为DM R T1主要是与F O X L2拮抗抑制雌激素通路从而调节性腺分化的进程㊂S n c h e z和C h a o u i y a[40]2018年依靠已发表的试验数据组装了一个基因网络,形成了一个整合Z染色体剂量效应和W染色体显性效应的假设逻辑模型(图3)㊂该模型表明,鸡性腺的命运是由DM R T1和F O X L2之间存在相互抑制的关系引起的,其中DM R T1产物的初始量决定了性腺的发育㊂H i r s t等[41]在2018年的研究中指出,性腺中表达的DM R T1可以激活睾丸发育中的S O X9㊁AMH和H E M G N基因,同时发现DM R T1还抑制卵巢通路基因,如F O X L2和C Y P19A1,但雌性性腺中较低水平的DM R T1表达与卵巢通路的激活是可以同时发生的㊂M a j o r等[42]在2019年的报道中指出,雄性鸡胚性腺中F O X L2的错误表达会抑制睾丸发育途径,消除雄性发育相关基因DM R T1㊁S O X9和AMH的局部表达的同时会抑制支持细胞发育,也验证了F O X L2与DM R T1潜在的拮抗关系㊂I o a n n i d i s等[26]在2021年较为系统的阐述了DM R T1和F O X L2雌激素相关通路在调控性腺分化中的相互作用(图4)㊂该研究指出,在DM R T1表达正常的Z+Z+(两个拷贝)鸡胚胎中,DM R T1抑制F O X L2的表达,进而引起芳香化酶的表达减少和雌激素合成减少,在Z+W胚胎中,DM R T1的量不足以抑制F O X L2的表达,从而导致雌激素E2对睾丸发育通路的抑制㊂另有研究发现,在DM-R T1基因突变的Z-W胚胎中,虽然发育形成了卵巢结构,但与Z+W相比,性腺在形态上更小且皮质层薄,不能正常进行减数分裂,这表明DM R T1的存在对于雌性性腺正常发育也是必须的;在E2合成受阻的Z+W和Z+Z-鸡胚胎中,雄性相关发育通路未被抑制,发育形成了睾丸结构,同时在对照组野7513畜 牧 兽 医 学 报54卷Z 1和Z 2表示任意一条Z 染色体,而W 表示W 染色体;粗㊁细实线箭头分别表示促进和抑制作用,虚线箭头表示间接或潜在的作用Z 1a n d Z 2r e p r e s e n t e a c h Z c h r o m o s o m e ,w h e r e a s W r e pr e -s e n t s W c h r o m o s o m e ;T h i c k ,t h i n s o l i d a r r o w s r e pr e s e n t p o s i t i v e a n d n e g a t i v e i n t e r a c t i o n s ,r e s p e c t i v e l y ,an d d a s h e d a r r o w s i n d i c a t e i n d i r e c t o r p r o po s e d i n t e r a c t i o n s 图3 控制鸡早期性别决定的简化基因调控网络图[33]F i g .3 T h e s i m p l i f i e d g e n e r e g u l a t o r y n e t w o r k c o n t r o l l i n gc h i c k e n p r i m a r ys e x d e t e r m i n a t i o n [33]2x 和1x 表示2个拷贝和1个拷贝;虚箭头和实箭头分别表示雄性和雌性的作用,线宽表示作用的强弱2x a n d 1x r e p r e s e n t 2c o p i e s a n d 1c o p y ,r e s p e c t i v e l y;T h e d o t t e d a n d s o l i d l i n e a r r o w s r e pr e s e n t t h e e f f e c t i n m a l e s a n d f e m a l e s ,r e s p e c t i v e l y ,a n d l i n e w i d t h r e p r e s e n t s t h e s t r e n gt h o f t h e e f f e c t图4 雄/雌鸡胚生殖系统中D M R T 1基因网络调节示意图[26]F i g .4 T h e s c h e m a t i c o f D M R T 1g e n e n e t w o r k r e g u l a t i n g th e m a l e /f e m a l e c h i c k e m b r y o r e p r o d u c t i v e s ys t e m [26]生型Z W 胚胎的雌激素合成阻断试验中,性腺发育形成睾丸,但在E 2合成受阻的Z -W 鸡胚胎中性腺髓质类似于卵巢,结果充分表明了DM R T 1的剂量效应对雌性发育的影响依赖于雌激素,DM R T 1在雌性个体形成卵巢的发育过程中也起到了非常重要的作用㊂目前相关研究发现,DM R T 1直接或间接激活雄性相关因子H E M G N ㊁S O X 9和AMH 的表达[43],但其在禽睾丸发育过程中的直接转录靶标目前尚不清楚㊂DM R T 1促进雄性胚胎中的睾丸发育而抑制雌性胚胎中的卵巢发育,DM R T 1很可能在鸡胚性腺中既能充当转录激活因子又能充当转录抑制因子,但这些还缺乏试验性数据支持㊂DM R T 1基因在其他物种上的研究也值得借鉴,如在幼年小鼠睾丸中,采用染色质免疫共沉淀结合高通量测序技术(C H I P -s e q)和R N A 表达分析测定DM R T 1全基因组靶标,发现D M R T 1蛋白大约能结合到1400个近端启动子区域,这里还包括DM R T 1本身[44]㊂L i n d e m a n 等[45]在小鼠体内和体外细胞培养中发现,S O X 9和DM R T 1在颗粒细胞重编程成支持细胞中协同发挥作用,提出DM R T 1可作为先驱因子开放染色质从而引起S O X 9的结合㊂另外,G a o 等[46]于2005年在斑马鱼上的研究发现,S O X 5结合DM R T 1启动子并抑制其表达,指出DM R T 1和S O X 5之间的拮抗关系,同时也表明DM R T 1在早期胚胎发生中存在潜在的转录调控机制;L e i 等[47]在2009年对大鼠的研究发现,F O X L 2通过3.2k b /2.8k b 调控区抑制DM R T 1启动子,为颗粒细胞中的DM R T 1转录沉默提供了潜在原因;T a n g 等[48]和W e i 等[49]在2019年发现,DM R T 1通过直接结合S O X 30和S O X 9B 启动子内的特异性C R E 正调控罗非鱼S O X 30和S O X 9B 的转录㊂上述物种上的研究为解析DM R T 1在鸡等鸟类动物上复杂的分子机制提供了很好的参照㊂6 D M R T 1的潜在调控机制研究6.1 m i R N A s 的调控m i R N A s 是机体内调控基因转录后表达的重要途径,m i R N A s 通过靶向目的基因m R N A s 的3'U T R 区域沉默m R N A s 表达或者降解m R N A s ,以达到对基因表达的抑制作用㊂相关研究有证据支持m i R N A s 在鸡胚胎性腺发育中发挥作用,而关于m i R N A s 和DM R T 1的研究提示m i R N A s 可作为DM R T 1潜在的调控靶点㊂B a n n i s t e r [50]使用雌激素诱导鸡胚雄性性腺到雌性的反转后,M I R 202*的85138期郑钢等:鸡性别决定及分化关键调控基因DM R T1研究进展表达降低到正常雌性鸡胚的表达水平,而用芳香酶抑制剂诱导雌性到雄性的性反转后,M I R202*表达增加,研究还发现M I R202*表达降低与睾丸相关基因DM R T1表达减少相关,而M I R202*表达增加与F O X L2和芳香酶的下调以及DM R T1和S O X9的上调相关㊂结果证实,M I R202*的上调与胚胎鸡性腺的睾丸分化方向一致㊂此外,C u t t i n g 等[51]2012年通过对性腺中m i R N A s的表达分析发现一些m i R N A s在性腺中表达的二态性,也提出了m i R N A s能潜在调节DM R T1的表达㊂W a r n e f o r s等[52]在2017年对雌/雄鸡不同组织m i R N A s进行测序,研究结果发现了很多具有明显性别偏向性表达的m i R N A s,其中m i R-2954-3p编码基因位于Z染色体上,表现出雄性偏向性表达,且显示出对鸡Z染色体上剂量敏感基因的保守偏好㊂同时依据他们的测序结果,笔者发现g g a-m i R-30e-3p㊁g g a-m i R-2954-3p㊁g g a-m i R-202-3p㊁g g a m i R-153-5p㊁g g a-m i R-6562_M2-3p㊁g g a-m i R-6562_M1-3p㊁g g a-m i R-138-2-3p和D M R T1也存在靶向关系,同时在性腺中也具有显著的性别偏向表达,可作为后续DM R T1基因研究的潜在靶点㊂此外,P r a s t o w o和R a t r i y a n t o[53]使用3个在线数据库(即m i R D B㊁T a r g e t S c a n和m i c r o T-C D S)挖掘靶向鸡DM R T1的m i R N A s,共得到78个靶向DM R T1的3'U T R 的m i R N A s,在最少两个数据库中发现了8个m i R-N A s㊂这些研究结果提示,m i R N A s在DM R T1的表达调控中发挥重要作用,但深入的机制解析还有待开展㊂m i R N A s作为药物治疗已经有广泛的应用,筛选潜在作用于DM R T1基因的m i R N A s可能是实现性别调控的重要手段㊂6.2鸡雄性高甲基化区域(c MH M)调控由于在鸡上没有直接证据表明Z染色体随机失活现象的存在,但鸡Z连锁基因在雌雄个体间的平均表达差异是1ʒ1.4~1.8[41]而不是1ʒ2,这说明有相关机制起到了一定的剂量补偿作用,其中雄性Z染色体上的MHM以及其附近区域的转录活性较低,对邻近一些基因表达产生了一定的抑制作用,所以MHM也被认为是剂量补偿效应的一个解释㊂MHM最早由T e r a n i s h i等[54]在鸡Z染色体的短臂上发现,位于鸡Z染色体的27.140~27.398M b区域内,其包含有200多个长度为2.2k b的串联重复序列,在雄性体内高甲基化且没有转录活性,但MHM在雌性个体中低甲基化并能转录形成长链非编码R N A(l n c R N A)[54-55]覆盖Z染色体㊂另外T e r a n i s h i等[54]还发现,在Z Z Z三倍体细胞中,所有3个Z染色体的MHM区域都是高甲基化和无活性的,而在Z Z W三倍体中,MHM区域是低甲基化并且两个Z染色体都能转录,这些结果提示W染色体或许存在某些特殊的调节方式调控MHM区域的表达㊂Y a n g等[56]在2010年为了分析MHM对性别依赖基因表达的调控作用,构建含有鸡MHM的外源质粒并注射到13周龄公鸡的左侧睾丸中,结果发现用外源性p E G F P-N1-c MHM质粒处理的公鸡睾丸中DM R T1表达下调㊂R o e s z l e r等[55]在2012年的研究中发现,在胚胎阶段雄性个体中的MHM的错误表达会导致DM R T1的表达受损;另外C a e t a-n o等[57]发现,在同一发育阶段,雌性中的MHM上调而DM R T1下调,从而提出MHM可能在卵巢发育中起作用,这些结果充分表明MHM n c R N A对DM R T1存在潜在调节作用㊂S u n等[58]在2019年对鸡Z染色体研究发现了两个雄性高甲基化位点MHM1(之前报道的MHM)和MHM2,MHM1㊁MHM2分别位于染色体27.140~27.398M b和73.160~73.173M b区域㊂在鸡的整个发育阶段,与大多数体细胞中的Z 染色体其余部分相比,位于MHM1或MHM2附近(25~32M b,72.5~73.5M b)基因的表达(指雄性ʒ雌性的相对表达量)会降低,笔者发现DM R T1基因刚好位于Z染色体26.45~26.50M b之间,其表达可能受到MHM1的影响,但S u n等[58]未在性腺组织上采样进行比较,因此,在性腺组织中DM R T1转录活性是否也会受到MHM1影响还有待探索㊂S h i o d a等[59]也报道了与之类似的表观遗传修饰对性腺分化的影响,其将遗传雄性(Z Z)鸡胚用外源性雌激素刺激处理后发现,在孵化时性腺暂时出现雌性化,性腺雌性化的Z Z个体在1年内被雄性化回退形成睾丸㊂该研究指出,性腺雌性化的Z Z 个体中,可能其体细胞群和生殖细胞群都保持着遗传性别的转录组和表观遗传记忆㊂这种表观遗传记忆是否与DM R T1基因功能有关也还需进一步研究㊂7结论与展望从对鸡DM R T1基因的研究进展来看,DM-9513。

收稿日期：2018-07-04基金项目：国家自然科学基金项目（31372530，31672640）；湖南省重点研发计划项目（2016NK2115）.作者简介：陈贞年（1994-），男，海南乐东人，硕士，从事水产动物遗传育种研究.E-mail:787363376@ ；通信作者：王晓清，博士，教授，从事水产动物遗传育种研究.E-mail:wangxiao8258@文章编号：1005-3832（2019）02-0061-06Vol.32，No.2Apr.2019第32卷第2期2019年4月水产学杂志CHINESE JOURNAL OF FISHERIES性别决定与性别分化机制一直是动物学领域的热门课题，人们不间断地在动物性别控制领域投入大量精力，探索如何更加高效地控制其性别。

近三十年来，随着分子遗传学和现代分子生物技术的迅速普及、发展、完善。

人们对性别决定机制的认识逐渐深入到细胞水平，发现了与性别控制有直接关系的染色体———性染色体，这使得从基因水平上研究和控制动物的性别成为可能。

1爬行动物性别决定研究进展在脊椎动物中，人和哺乳类的性别决定机制已经做了大量研究，也取得了一些成果。

但迄今，仍未解析出很多动物的性别决定机制，龟鳖类就是一例。

爬行动物的胚胎在发育过程中，要经历性别决定和性别分化这两个阶段。

性别决定是指胚胎原始生殖腺受体内遗传物质影响而向精巢或卵巢发育的过程[1]，而性别分化则是指建立起次级特征的全部形态变化及生理变化差异。

目前，爬行动物的性别决定类型可划分为两大类：一类是基因型性别决定（Genetic sex determination,GSD），指源于性染色体上的性别决定基因先导调控并诱导相关性别决定基因级联反应的过程，最终调控原始生殖腺朝精巢方向或卵巢方向定向发育的过程。

爬行动物的基因型类型可分为：①XY 型，XY 表现为雄性，XX 表现为雌性；②ZW 型，ZZ 表现为雄性，ZW 表现为雌性。

哺乳动物性别决定机制的研究进展摘要：目前，性别决定的研究已经取得不少的成果。

本文综述了哺乳动物性别决定的方式及其机制。

并对哺乳动物性别决定基因的研究进展做了介绍，分析了这些基因之间可能的相互作用机理,为发育生物学、哺乳动物性别决定、性别控制及胚胎鉴定提供一些借鉴。

关键词：性别决定；哺乳动物The Mechanism of Mammals Sex Determination inMammalian VertebrateAbstract: At present, the research of sex determination has got many achievements. This text overviews the way and the mechanism in mammals. It introduces the genes of sex determination and analysises the interaction mechanism of action between these genes. In order to provide some mirror to development biology, sex determination in mammalian, sex control and embryo identification.Keywords: sex determination; mammalian动物的性别与其很多生产性能有关，有些遗传疾病也是伴性遗传的。

所以，了解动物性别决定的过程、有效地控制动物的性别就能更好地利用有限的自然资源。

动物早期的性腺发育过程按时间可以分为两步：第一步由基因决定原始性腺发育为睾丸或是卵巢，称之为性别决定；第二步在睾丸和卵巢分泌的不同激素的作用下最终分化为雌性或雄性表现型，称之为性别分化【1】。

本世纪以来随着分子遗传学、发育生物学及其他学科的发展，使得人们从本质上对性别决定的认识有了更深层的了解，对性别决定的研究已经从形态学向配子发生和胚胎形成的过程深化。