雌雄异株芦笋性别连锁标记与性别决定研究进展

芦笋(Asparagus officinalis L.)作为典型的雌雄异株植物,受严格的遗传控制,其雌雄性别符合1∶1的分离比例。芦笋性别具有丰富的多样性,包括雌株、雄株、两性株、超雄株等,研究其性别决定及其分化对解析其机制具有重要意义。前期研究发现,芦笋性别由位于第5染色体上的单个基因(M-m)控制,并在其性别决定区域M位点开发了一系列分子标记,但发现其以非特异性标记为主、多态性少、通用性差。并且通过组学的研究已发掘了一些与性别决定和分化相关的基因,并克隆了芦笋性别决定的asTDF1 (Defective in tapetum development and function 1)和SOFF (Suppressor of female function)基因,其分别起雄性败育和抑雌作用,这两个基因共同调控着芦笋的性别决定,由此认为芦笋的性别由双基因系统控制。因此,随着高通量测序技术的发展,对芦笋性别决定与分化的研究需深入到分子调控网络水平。本文现从性别连锁分子标记以及性别决定与分化机制对雌雄异株芦笋的研究进行总结和展望,以期为深入解析芦笋遗传机制提供理论依据。     

高等植物性别分化研究进展

高等植物性别分化研究主要包括三个方面：性别分化特异大分子标记物的鉴定(分化程序)；诱导信号(如植物激素)的分析和性决定基因的分离与分析。近年来，植物性别分化研究取得了较大进展，本文主要介绍这一研究在分化程序、诱导信号和性决定基因等方面的研究进展。     

高等植物性别分化研究进展①

高等植物性别分化研究主要包括三个方面：性别分化特异大分子标记物的鉴定（分化程序）;诱导信号（如植物激素）的分析和性决定基因的分离与分析。近年来,植物性别分化研究取得了较大进展,本文主要介绍这一研究在分化程序、诱导信号和性决定基因等方面的研究进展。     

脊椎动物性别决定和分化的分子机制研究进展

哺乳类性别决定是多种转录因子和生长因子相继表达和相互调控的结果。SRY的表达启动雄性通路并诱导下游雄性特异基因SOX9、AMH等的表达。FOXL2在雌性未分化性腺表达,WNT-4和DAX1也在雌性性别决定或分化时期表达,表明雌性通路也是受特定基因调控的,而并非“默认通路”。鸟类的性别也是由遗传基因决定的,EFT1(雌性)和DMRT1(雄性)可能是性别决定候选基因。爬行类为温度性别决定的典型,温度可能通过调节雌激素水平和控制性别特异遗传基因表达决定性别。大部分两栖类性别受环境因素影响,但发现DMRT1和DAX1可能与其精巢发育有关。鱼类性别决定和分化方式差异很大,多种因素(遗传基因、环境因素、类固醇激素等)参与了这一过程。从青Q鳉Y染色体定位克隆的DMY,被认为是第一个非哺乳类脊椎动物雄性性别决定基因。所有这些表明脊椎动物性别决定和分化机制是多样化的。     

黑腹果蝇的性别控制

性别的形成包括两个过程,即性别决定和性别分化。果蝇的性别控制研究包括性别决定、性别分化、性别鉴定、性别诱导和性别控制5个方面。性别决定是在两种不同发育途径之间的选择,它提供了一个研究基因调控的模式系统。果蝇的性别决定问题已经研究得相当详细［1］。性别分化是使胚胎向着雌性或雄性发育的过程,决定了性别表型。果蝇的性别分化也取得了不少研究成果。近年来,许多重要的性别调控基因已被克隆和鉴定。随着果蝇基因组全序列测定的完成,果蝇的性别控制研究将会更为深入而完善。本文对与黑腹果蝇性别决定和性别分化相关的一些问题进行综述。     

番石榴实蝇性别决定基因 Bcotra 和 Bcotra-2 的克隆、序列特征及表达分析

【目的】对番石榴实蝇 Bactrocera correcta (Bezzi)性别决定基因 transformer 和 transformer 2 的cDNA和基因组DNA序列进行克隆和分析,明确这2个基因的结构特征及其在不同发育阶段和雌、雄成虫不同组织中的表达模式,为进一步的功能研究和番石榴实蝇遗传性别品系(genetic sexing strain, GSS)的建立奠定基础。【方法】利用PCR结合RACE技术克隆番石榴实蝇2个性别决定基因的cDNA全长和内含子序列,利用不同的生物信息学软件对序列进行结构预测、序列比对和进化树分析;利用半定量RT-PCR检测这2个基因在番石榴实蝇的不同发育阶段及雌、雄成虫不同组织(精巢、卵巢、中肠和脂肪体)中的表达分布。【结果】克隆得到番石榴实蝇 transformer 和 transformer 2 的cDNA全长序列,分别命名为 Bcotra 和 Bcotra-2 。 Bcotra 存在性别特异剪接,雌虫 Bcotra 的cDNA全长1 673 bp,其开放读码框(ORF)为1 242 bp,编码413个氨基酸(GenBank登录号为KP712876);雄虫Bcotra cDNA全长2 025 bp,比雌虫多2个外显子,但由于外显子上有多个终止密码子,因此,不能编码完整的有功能的Tra蛋白(GenBank登录号为KP712877)。 Bcotra-2 不存在性别特异剪接,cDNA全长1 458 bp,其开放读码框(ORF)为756 bp,编码251个氨基酸,具有RNA结合蛋白的典型特征(GenBank登录号为KM658207)。Bcotra-2有8个外显子,7个内含子。氨基酸序列比对和系统进化关系表明,两个基因的系统发育关系一致,Tra-2与目前已报道的双翅目Tra-2具有很高的同源性,而Tra的保守性较Tra-2要低。半定量RT-PCR结果显示, Bcotra 和 Bcotra-2 在番石榴实蝇的不同发育阶段及雌、雄成虫不同组织中都有表达。【结论】本研究明确了Bcotra 和 Bcotra-2 的基因组DNA和cDNA结构特征,Bcotra 和 Bcotra-2 在番石榴实蝇的不同发育阶段和成虫不同组织中均有表达,序列分析发现这两个性别决定基因均具有Tra/Tra-2结合位点、内含子剪接抑制序列位点,其中 Bcotra 具有RNA结合蛋白的结合位点,暗示了这2个基因可能通过翻译后相互作用调控雌、雄体性发育。Bcotra 存在性别特异剪接,雌虫特有的一段963 bp的内含子序列可以用于番石榴实蝇遗传定性品系的载体构建。     

水稻抗白叶枯病基因Xa4位点跨叠BAC克隆群的构建

水稻白叶枯病抗性基因Xa4已被定位于第11染色体长臂末端的分子标记VG181和L1044之间,并与抗性基因同源序列片段RS13共分离。利用这3个标记筛选IRBB56的BAC文库,共得到128个阳性BAC克隆,其中RS13获得18个阳性克隆,这18个克隆中有4个和6个我隆分别同时为G181和L1044的阳性克隆,选其中的12克隆进行分析,构建了一个从G181到L1044区间的BAC跨叠克隆,全长420kb,并且56M22、106P13和104B153个BAC克隆可覆盖整个跨叠克隆群。这一研究结果为进一步分离Xa4基因打下基础。     

植物性别决定基因研究进展

本文概述了植物性别分化特异表达基因的分离方法以及近年来在性别分化研究的模式植物玉米和白麦瓶草上性决定基因研究的进展。     

性别决定基因

在个体发育过程中,动物的种类不同,性别决定的方式亦有差异。这取决于胚胎早期不同的性别初级信号对性别决定基因的启动和活化,活化的性别决定基因启动性别分化基因的表达,使个体的性别表现出来。本文略述与线虫、果蝇等的性别决定有关的基因。线虫(Caenorhabditis elegans)体长约1mm,雌雄同体,自体受精。有两条 X 染色体(XX);XO型线虫为雄性。线虫(C.elegans)性别决定的初级信号是 X 染色体与常染色体的比率(X∶     

The expression pattern of a mouse doublesex-related gene is consistent with a role in gonadal differentiation

The signal for somatic sex determination in mammals, Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster is chromosomal, but the overall mechanisms do not appear to be conserved between the phyla. However it has been found quite recently that the C. elegans sex-determining gene Mab-3 contains a domain highly homologous to the Drosophila sex-determining gene doublesex (dsx) and shares a similar role. These data suggest that at least some aspects of the regulation of sex determination might be conserved. In humans, a doublesex-related gene (DMRT1) was identified at less than 30 kb from the critical region for sex reversal on chromosome 9p24 (TD9). In order to get insights into the role of DMRT1 in sex determination/differentiation, we have isolated DMRT1 mouse homologue (Dmrt1) and analysed its expression pattern. The gene is expressed in the genital ridges of both sexes during the sex-determining switch and it shows male/female dimorphism at late stages of sex differentiation.     

The expression pattern of a mouse doublesex-related gene is consistent with a role in gonadal differentiation

The signal for somatic sex determination in mammals, Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster is chromosomal, but the overall mechanisms do not appear to be conserved between the phyla. However it has been found quite recently that the C. elegans sex-determining gene Mab-3 contains a domain highly homologous to the Drosophila sex-determining gene doublesex (dsx) and shares a similar role. These data suggest that at least some aspects of the regulation of sex determination might be conserved. In humans, a doublesex-related gene (DMRT1) was identified at less than 30 kb from the critical region for sex reversal on chromosome 9p24 (TD9). In order to get insights into the role of DMRT1 in sex determination/differentiation, we have isolated DMRT1 mouse homologue (Dmrt1) and analysed its expression pattern. The gene is expressed in the genital ridges of both sexes during the sex-determining switch and it shows male/female dimorphism at late stages of sex differentiation.     

黄河鲤性别决定时间和相关基因表达研究

鱼类性别决定和分化机制极为复杂,通过性腺组织切片鉴定得出黄河鲤从未分化性腺发育为Ⅱ期精巢、卵巢的时间为受精后第40天到第80天。选取一些可能参与黄河鲤性别决定分化相关的基因（amh、ar、cyp19a、cyp19b、dax1、dmrt1、er、foxl2、nobox、sox9a、sox9b、zp2）进行实时荧光定量PCR分析各个基因在受精后40d、45d、50d、55d、65d和80d的表达情况。结果显示性别决定相关基因在50d都有高表达,推测45-50 d为性别决定的关键时间。ar、amh、dax1、dmrt1、sox9a、sox9b六个基因在80d雄性表达量升高,且雄性明显高于雌性,推测这些基因参与精巢分化发育过程。cyp19a、cyp19b、foxl2、nobox、zp2五个基因在80d雌性表达升高,且高于雄性,推测其可能参与卵巢分化发育。     

哺乳动物性别分化的调控

哺乳动物性别分化调控的分子机制的研究特别是性别分化的层次调控、剂量补偿和性染色体进化这三个领域,已取得快速进展。已经发现Ｙ染色体性别决定区基因（ＳＲＹ）、Ｘ染色体ＤＳＳ－ＡＨＣ决定区基因１（ＤＡＸ－１）、甾类生成因子１基因（ＳＦ１）和Ｗｉｌｍｓ瘤抑制基因（ＷＴ－１）等与哺乳动物性别决定有关。ＳＲＹ启动睾丸分化,但胚胎发育成雄性的其余步骤由事丸分泌的激素控制。ＤＡＸ－１且编码一种女性特异功能的蛋白质,它在男性中被ＳＲＹ所抑制。ＳＦ－１和ＷＴ－１在ＳＲＹ开启之前作用于性腺和肾上腺发育的启动。哺乳动物通过随机失活雌性两条Ｘ染色体中的一条来使Ｘ连锁的基因在两性间的表达水平达到平衡（剂量补偿）。Ｘ染色体失活由Ｘ染色体失活中心（ＸＩＣ）控制。失活的Ｘ染色体专一转录基因（ＸＩＳＴ）是ＸＩＣ的强烈候选者,它可能参与Ｘ失活的启动。对有袋目和单孔目动物性染色体的研究为我们提供了其进化的信息。有证据支持性染色体起源于一对同源常染色体,而ＳＲＹ的祖先基因可能是ＳＯＸ－３。     

哺乳动物的性别决定相关基因的作用机理

哺乳动物的性别决定是以Sry基因为主导,其它多个基因参与的级联调控的机制。近年来的研究表明,Sry、Sox9、Wt1、Sf1、Amh、Dax1、Dmrt1、Wnt4等基因都参与性别决定的级联过程。哺育动物性别决定相关基因的研究,对性分化与生殖发育过程的了解具有十分重要的意义。主要论述了参与哺乳动物性别决定与调控的相关基因、可能作用机制及其研究进展等。     

Alternative splicing and differential expression of P450c17 (CYP17) in gonads during sex transformation in the rice field eel

Several mechanisms were used in determination of the development of the male or female of vertebrates. The genes for determination of sequential hermaphrodite sex are unknown. Here, we reported cloning, alternative splicing, and expression patterns of the CYP17 gene of the rice field eel, a teleost fish with a characteristic of nature sex reversal. The CYP17 gene of the rice field eel was clustered into the CYP17 gene group of all the other vertebrates, especially into the fish subgroup. Four isoforms of the CYP17 were generated in gonads by alternative splicing and polyadenylation. Alternative splicing events of all these isoforms occurred in 3(') regions, which encoded three different sizes (517, 512, and 159aa) of proteins. RT-PCR results indicate specific expression in gonads of these isoforms. Northern blot analysis shows that expression patterns of the CYP17 (dominantly expressed in testis, less in ovary, and the least in ovotestis) are consistent with the sex reversal process of the rice field eel. In situ hybridization further shows its specific expression in germinal lamellae, the gonadal epithelium of the gonads. These findings indicate that CYP17 is differentially regulated in a sex- and developmentally specific manner, suggesting that the CYP17 potentially has important roles in gonad differentiation during sex reversal of the rice field eel.     

浅析斑马鱼性别决定的调控因素

性别决定是经典而高度保守的生物过程。在许多物种中性别决定是以遗传为基础的,个体所携带的性染色体决定了性别。然而,由于鱼类性腺发育呈现高度可变性、复杂性的特点,其性别决定机制仍未有定论。斑马鱼作为一个研究发育和疾病的重要脊椎模式动物,性别决定和分化的高度可塑性使其成为研究生理和环境因素对性腺发育影响及其作用机制的独特模型。本综述总结近年来对斑马鱼性别决定及分化过程的研究,为探索鱼类性别决定机制提供新的见解。