單紅　周國勤　陳樹橋　茆健強

摘要：魚類性別控制對于水產(chǎn)養(yǎng)殖具有十分重要的指導(dǎo)意義。目前用于生產(chǎn)實踐的魚類人工性別控制方法有很多，包括溫度、外源激素和芳香化酶抑制劑等，但大多數(shù)仍然處于探索與試驗階段。本文通過對魚類性別決定機制、相關(guān)基因及人工誘導(dǎo)魚類性別分化的方法等方面國內(nèi)外研究進展的闡述，為魚類性別控制、調(diào)控養(yǎng)殖魚類的經(jīng)濟性狀等提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：魚類；性別決定；性別分化；人工誘導(dǎo)

中圖分類號：S917文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2014）01-0197-03

收稿日期：2013-05-20

基金項目：江蘇省水產(chǎn)三項工程項目（編號：PJ2011-1）。

作者簡介：單紅（1980—），女，江蘇南京人，博士，高級工程師，主要從事水生動物遺傳育種研究。E-mail：jiangxue0011@sina.com。魚類性別決定的基因型在受精時就己經(jīng)形成，但作為一種低等脊椎動物，千差萬別的生活環(huán)境決定了其性別決定方式的多樣化。大量研究結(jié)果表明，雌雄異體魚類的性別決定除受遺傳因素的控制外，也容易受到環(huán)境因素諸如溫度、光照、水質(zhì)和外源激素等的影響。因此，多年來在魚類養(yǎng)殖生產(chǎn)實踐中，對于一些雌、雄魚經(jīng)濟性狀差異較大的養(yǎng)殖魚類，人們一直探索著如何通過人工誘導(dǎo)的方式提高養(yǎng)殖群體中雌魚或雄魚的比例，以提高養(yǎng)殖產(chǎn)量和獲得經(jīng)濟價值高（如生長率和個體大小等）的商品魚。因此，研究魚類的性別決定以及各種人為因素對性別分化的影響，在魚類發(fā)育生物學(xué)理論上和養(yǎng)殖生產(chǎn)實踐上都具有重要的意義。

1魚類性別決定及相關(guān)基因

魚類性別決定機制非常復(fù)雜，幾乎具有所有脊椎動物的性別決定方式，存在從雌雄同體到雌雄異體的各種性別類型，性逆轉(zhuǎn)是魚類中較為常見的現(xiàn)象。與其他高等脊椎動物不同，在許多魚類中決定性別的基因不明顯地集中于性染色體，常染色體上的基因也參與到性別決定中，這些基因共同決定和控制魚類的初始性別。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，魚類性別決定相關(guān)基因的研究取得了一些重要進展。其中，研究較多的有DMY基因、芳香化酶基因、Sox基因家族和Dmrt基因家族等，這為從分子水平上闡明魚類的性別決定和分化機制奠定了基礎(chǔ)。

1.1DMY基因

DMY（DM domain gene on Y-chromosome）基因是在青鳉（Oryzias latipes）體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的1個性別決定基因，也是首次在非哺乳類脊椎動物中發(fā)現(xiàn)的性別決定候選基因。Matsuda等用重組斷點法將青鳉的性別決定區(qū)定位于Y染色體 530 kb 的區(qū)段上，隨后發(fā)現(xiàn)了1個性反轉(zhuǎn)XY雌性個體，進一步分析將性別決定區(qū)縮小到250 kb區(qū)段，鳥槍法測序得到了27個基因，其中1個是Y染色體特異的，含有DM結(jié)構(gòu)域，故命名為DMY[1]。Shinomiya等通過大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)在野生青鳉種群中大約存在1%的性別反轉(zhuǎn)個體，并且檢測出他們都攜帶有突變的DMY基因，進一步證實了DMY基因是青鳉的性別決定基因[2]。但隨后的研究發(fā)現(xiàn)，一些與青鳉親緣關(guān)系較近的物種及其他硬骨魚類中均未發(fā)現(xiàn)DMY基因的同源基因，表明它不是魚類中廣泛存在的性別決定基因。

1.2芳香化酶基因

芳香化酶（aromatase）是催化雄激素向雌激素轉(zhuǎn)化的一個關(guān)鍵酶，它能夠催化睪酮和雄烯二酮等雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素[3]。在芳香化反應(yīng)過程中，細胞色素P450芳香化酶起主導(dǎo)作用，對調(diào)節(jié)整個性類固醇激素的平衡有重要意義。Sudhakumari等詳細研究了尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）P450芳香化酶基因的表達與作用，結(jié)果顯示P450芳香化酶基因在雌雄魚體中具有明顯的表達差異，在卵巢中的表達顯著強于在精巢中的表達[4]；在對奧利亞羅非魚（Oreochromis aureus）的研究中發(fā)現(xiàn)，P450芳香化酶僅在卵巢中表達，精巢中無表達[5]；青鳉[6]和歐洲海鱸（Dicentrarchus labrax）[7]的P450芳香化酶亦在卵巢中表達，精巢中幾乎不表達。此外，魚類體內(nèi)芳香化酶的表達水平和活性還與雌激素生成量以及生殖細胞發(fā)育有關(guān)。莫桑比克羅非魚（Tilapia mossambica）卵巢合成17β-雌二醇的能力與芳香化酶mRNA水平及蛋白含量密切相關(guān)；虹鱒魚（Oncorhynchus mykiss）體內(nèi)促性腺激素的含量隨芳香化酶活性的提高而增加；日本鰻鱺（Anguilla japonica）血液中17β-雌二醇的含量與芳香化酶的活性有關(guān)，濾泡細胞層分泌17β-雌二醇的量取決于芳香化酶活性的高低。

1.3Sox基因家族

Sox（sry-related box）基因家族含有1個SRY樣HMG盒，廣泛參與包括性別決定與性腺分化在內(nèi)的多個性腺發(fā)育事件。其中受到較多重視的是Sox9基因，其HMG結(jié)構(gòu)域可與DNA序列特異性結(jié)合，而該區(qū)域的突變將會使其失去結(jié)合能力從而導(dǎo)致性反轉(zhuǎn)。Northern雜交分析結(jié)果表明，Sox9在大鱗副泥鰍（Paramisgurnus dabryanus）精巢中高表達，表明該基因與精巢形成和分化有關(guān)。Yokoi等從青鳉中分離出Sox9基因，原位雜交分析發(fā)現(xiàn)其主要在成魚的卵巢中表達，在精巢中表達較少，表明其在性腺分化過程中具有不同的作用方式[8]。Galay-Burgos等[9]和Hett等[10]分別從歐洲海鱸和歐洲大西洋鱘（Acipenser sturio）中獲得12個和8個Sox基因，其中部分存在基因重復(fù)現(xiàn)象，這些在魚類中克隆到的與哺乳動物性別決定基因的同源基因沒有保守的性別決定功能，或者其功能有待于進一步驗證。

1.4DMRT基因家族

DMRT（doublesex and mab-3 related transcription factor）基因家族是1類轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，含有果蠅的doublesex基因和線蟲mab-3基因共有的DM-domain蛋白序列，其編碼的產(chǎn)物以鋅指方式與特異的DNA序列相結(jié)合，調(diào)控基因表達[11]。其中Dmrt1是一個與性別決定和性腺分化的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子編碼基因，被認(rèn)為是脊椎動物中最原始的性別相關(guān)基因，為繼Sox9之后發(fā)現(xiàn)的又1個性別相關(guān)的重要基因。Guo等發(fā)現(xiàn)DMRT1基因在斑馬魚（Danio rerio）精巢和卵巢發(fā)育中都有表達，證明DMRT基因不僅與其精巢發(fā)育密切相關(guān)，而且在卵巢發(fā)育過程中也起到重要作用[12]。此外，魚類中DMRT基因家族的功能變化很多，其很多成員都有明顯的組織特異性，與性別分化有著一定的聯(lián)系。

2人工誘導(dǎo)魚類性別分化

2.1溫度誘導(dǎo)魚類性別分化

環(huán)境因素對性別決定和分化影響的現(xiàn)象已在包括野生型種群和實驗種群在內(nèi)的39種硬骨魚中發(fā)現(xiàn)，最主要的因素是溫度，其次是種群密度、鹽度、pH值、光周期等。魚類的溫度依賴型性別決定（temperature-dependental sex-determination，TSD）大致可以劃分為3種類型。第1種類型是高溫下生成較多的雄性低溫則生成較多的雌性，大多數(shù)魚類均屬于此種類型。Dcotta等利用高溫處理性別分化期的尼羅羅非魚，發(fā)現(xiàn)升溫可使尼羅羅非魚的芳香化酶mRNA表達水平降低，雌二醇分泌量減少，最終使基因型為雌性的個體雄性化[13]。Desprez等研究報道，奧利亞羅非魚的雌雄比率隨著溫度的變化而變化，在34 ℃時后代雄性比例高達97.8 %；在27 ℃時雌、雄比例趨于平衡，雄性為63%[14]。Uchida等研究發(fā)現(xiàn)分別在28.5、35、37 ℃水溫條件下飼養(yǎng)雌性基因型斑馬魚至40 d，性腺出現(xiàn)雄性化的比率不斷上升，分別為0、688%和100%[15]。第2種類型則與之相反，高溫下為雌性，低溫為雄性。Blaquez等在海鱸魚中發(fā)現(xiàn)其發(fā)育處于15 ℃時雄性占絕對優(yōu)勢，在24～25 ℃時，雄性比例下降至27%以下；性染色體為XY的鯰魚（Ictalurus unctuatus），在其性別決定的關(guān)鍵時期，高溫使群體趨向雌性；大馬哈魚（Oncorhynchus nerka）在溫度升高時群體發(fā)育也趨向雌性[16]。第3種類型是高低溫均誘導(dǎo)出單性雄性種群，中間溫度發(fā)育為性比1 ∶1的種群。如泥鰍（Misgurnus anguillicautus）[17]和大鱗副泥鰍[18]在高溫（25～30 ℃）處理下均能得到明顯的偏雄性群體，雄性比率達80%以上，而在20 ℃條件下發(fā)育形成性比接近1 ∶1的種群；牙鲆（paralichthys olivaceus）[19]在升溫及降溫時，其雌性個體比例減少，中間溫度時種群比為1 ∶1。

2.2外源激素誘導(dǎo)魚類性別分化

自1969年日本學(xué)者Yamamoto提出用外源性激素誘導(dǎo)魚類雄性化和雌性化的設(shè)想后，幾十年來國內(nèi)外相繼有許多學(xué)者在各種不同的魚類進行了外源類固醇激素誘發(fā)性逆轉(zhuǎn)的試驗。通過對魚體進行性激素的處理，使魚群體由基因型的雄性或雌性轉(zhuǎn)變成為具有功能性的表現(xiàn)型雌性或雄性，常用方法有注射、口服、浸泡和將激素藥丸植入魚體內(nèi)等。

具有雄性化效應(yīng)的外源激素如17α-甲基睪酮（17α-MT）、17β-去甲雄三烯醇酮（TB）、醋酸去甲雄三烯醇酮（TBA）、11-酮基睪酮（11-KT）、11β-羥雄烯二酮（OHA）等，它們能夠影響魚類性腺發(fā)育過程，改變魚體個體內(nèi)源激素表達水平，從而引起魚類群體性別比率的改變。將性成熟的雄性斑馬魚暴露于不同濃度的17α-MT中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)濃度達到6.4 ng/L和8.5 ng/L時即可明顯抑制內(nèi)源酮基睪酮（KT）和睪酮（T）的表達，62.3 ng/L的17α-MT使KT和T的表達水平分別降低了96.6%和79.8%[20]。Sone等研究發(fā)現(xiàn)，雌性食蚊魚（Gambusia affinis）幼魚暴露于1 μg/L和10 μg/L TB中，28 d后雌魚體內(nèi)出現(xiàn)卵精巢結(jié)構(gòu)，卵巢中出現(xiàn)精子[21]。Arslan等采用1 mg/L TBA處理黑斑刺蓋太陽魚（Pomoxis nigromaculatus）幼魚，發(fā)現(xiàn)暴露組雄魚比例為100%，完全偏離了對照的1 ∶1比例；同樣，17β-雌二醇（E2），17α-乙炔基雄二醇（EE2），二乙基己烯雌酚（DES）等雌激素對魚類具有雌性化效應(yīng)，能夠誘發(fā)魚類性腺向雌性化方向發(fā)育，導(dǎo)致雄魚發(fā)育成為功能性雌魚[22]。Wang等采用含有不同濃度E2的飼料分別喂養(yǎng)30 d齡大鰭鱗鰓太陽魚（Lepomis macrochirus）60 d后，發(fā)現(xiàn)大部分雄魚性腺發(fā)育為卵巢樣結(jié)構(gòu)，其中 150 mg/kg 實驗組魚體雌性化效應(yīng)最為明顯[23]。Labadie等[24]研究結(jié)果表明低濃度EE2能夠抑制大菱鲆（Psetta maxima）體內(nèi)雄烯二酮和11-KT的合成，降低其在血漿中的含量，精巢中出現(xiàn)雌激素的表達。用10 μg/L DES處理雄性銀鯉（Carassius auratus）14 d后，發(fā)現(xiàn)魚體內(nèi)精母細胞解體，精巢結(jié)構(gòu)明顯退化并向卵巢方向發(fā)育[25]。

2.3芳香化酶抑制劑（aromatase inhabit，AI）誘導(dǎo)魚類性別分化

芳香化酶是將睪酮轉(zhuǎn)化成17β-雌二醇的一個關(guān)鍵酶，若將其抑制必然會導(dǎo)致17β-雌二醇不能合成，從而使尚未分化的幼魚由于缺乏雌激素而趨向雄性化。因此，在魚苗性未分化階段用芳香化酶抑制劑（AI）抑制芳香化酶的作用，可以在一定程度上誘導(dǎo)雄性化個體的產(chǎn)生。Piferrer等在用AI處理斑馬魚時，在飼料中添加AI濃度為10 μg/g，雄魚比例達625%；加大AI的濃度到100 μg/g或500 μg/g時，雄魚率均達到100%；如果使用AI時伴用低劑量的MT會達到更好的雄性化效果[26]；但Bhandari等發(fā)現(xiàn)，外源雌激素會完全阻礙AI的作用，抑制其趨向雄性化的可能[27]。

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