楊童奧，楊雅涵，楊福合，邢秀梅，宋興超，宋姍姍

(中國農業(yè)科學院特產研究所特種經濟動物分子生物學國家重點實驗室，長春?130112)

遠緣雜交是指種間、屬間以及親緣關系更遠的生物類型間的雜交[1]。遠緣雜交可以促進不同生物類型間的基因交流，改變后代的基因型和表現型。在基因型層面上，遠緣雜交可以導致后代染色體和DNA變異；在表現型層面上，遠緣雜交可以整合親本的優(yōu)點，使后代表現出雜種優(yōu)勢[2]。遠緣雜交有利于新物種的形成[3～5]，但是由于遠緣雜交多存在生殖隔離，因此雜交后代多表現為雄性不育[6，7]。

本文將從減數分裂角度對國內、外研究較多的幾種動物遠緣雜交雄性不育文獻進行歸納分析，旨在為今后開展動物遠緣雜交雄性不育研究提供參考。

1 減數分裂

哺乳動物減數分裂時，染色體復制1次，細胞分裂2次，因此子細胞染色體數目只有親本細胞的一半。減數分裂的連續(xù)進行保證了染色體的正常分裂，最終形成正常的配子[8]。

減數分裂分為減數分裂Ⅰ期和減數分裂Ⅱ期，2次分裂各自又被分為前期、中期、后期和末期[9]。減數分裂前期Ⅰ，即減數分裂Ⅰ期前期，根據染色體的形態(tài)變化又被分為細線期、偶線期、粗線期、雙線期和終變期5個時期。偶線期，同源染色體配對，形成聯會復合體；粗線期，完全配對的非姐妹染色單體之間進行同源重組和交叉，促進基因的交換和重組。

減數分裂過程受到嚴格的調控。Stra8與減數分裂前DNA復制和減數分裂前期相關[10]。胚胎期雄性生殖細胞中Nodal抑制減數分裂過程，Nodal作為TGF-β家族的成員，抑制Stra8表達和小鼠胚胎睪丸減數分裂起始[11]。Boule能直接作用于Stra8，表明Boule可能促進減數分裂的起始[12]，而Nanos3同樣參與減數分裂的啟動[13]。將Daz和Dazl轉入Dazl基因缺陷鼠發(fā)現，二者均可使鼠在細線期和偶線期產生精母細胞，但是不能進入分裂期和分裂后期[14]。DDX4基因為哺乳動物生殖細胞特異表達基因，與精子發(fā)生減數分裂密切相關[15～17]。

2 聯會復合體

聯會復合體形成于減數分裂前期同源染色體的聯會時期。聯會復合體的完整性對于減數分裂過程十分重要，當敲除編碼聯會復合體側軸蛋白的基因Scp2或Scp3時，雄性小鼠精母細胞發(fā)育停滯，主要原因是在偶線期，Scp1不能聚集，無法完成聯會復合體的組裝，導致精母細胞進入粗線期之前發(fā)育停滯甚至凋亡，不能產生精子，導致不育[18，19]。聯會復合體中央軸成分缺失也會影響精子形成，在敲除Sycpl、Texl2、Tycel的小鼠中，在細線期聯會復合體的側軸蛋白可以表達，但由于中央軸成分的缺失導致聯會復合體不能進行組裝，不能形成有功能的聯會復合體，導致雄鼠不育[20～22]。Spo11和Dmc1在犏牛睪丸中較牦牛和黃牛表達量低可能造成聯會復合體減少[23]。

3 目前已有的遠緣雜交中染色體數目和配對聯會對可育性的影響

雙親親緣關系的遠近可能影響遠緣雜交不育程度，雙親染色體數目、形態(tài)、結構的差異是影響雜種不育的關鍵因素[24]。

目前，關于動物遠緣雜交不育多從組織學、生殖生理學和染色體等角度展開研究，且大都認為遠緣雜交后代染色體和基因變異是主要原因[25]。

3.1 黃牛和牦牛種間雜交后代犏牛雄性不育研究

黃牛和牦牛分別屬于哺乳綱偶蹄目?？频呐俸完笈?。黃牛和牦牛雜交后代犏牛1代～2代公牛不能產生精子，表現不育[26]，但是F3代公犏牛可以產生形態(tài)正常的精子[27]，F4代公犏?？梢援a生正常的精子，所生后代公牛完全恢復生育能力[28]。

郭愛樸[26]研究發(fā)現，黃牛、牦牛以及犏牛的染色體數目相同，2n=60，染色體G帶、C帶以及長度等沒有明顯差異，只是Y染色體不同(黃牛為中央著絲粒染色體，牦牛和犏牛為亞中央著絲粒染色體)，因此推斷，犏牛雄性不育是由于X染色體與Y染色體的平衡被打破，減數分裂異常，不能產生精子。張凱等[29]對尕里巴牛(母犏牛與牦?；螯S?；亟坏暮蟠?染色體核型分析發(fā)現，其染色體數目為2n=60，29對常染色體都是端著絲粒染色體，X性染色體和Y性染色體都是亞中央著絲粒染色體，表明尕里巴牛雄性不育與染色體數目無關，可能是由于異源的X染色體、Y染色體不能共存造成的。鐘金城等[30]研究發(fā)現，牦牛和黃牛染色體多個基因位點上存在遺傳變異，導致公犏牛在這些基因位點上平衡性失調造成不育。周繼平等[31]推測，牦牛和黃牛在部分常染色體上的差異也可能導致公犏牛染色體不能配對，導致雄性不育。周陽等[32]研究發(fā)現，精子發(fā)生正常的牦牛睪丸組織DDX4基因mRNA表達水平顯著高于雄性不育的犏牛。付永等[33]研究發(fā)現，Boule和Dazl基因在犏牛睪丸組織中表達量最低，這可能與犏牛精子發(fā)生過程中減數分裂調控相關。

3.2 馬和驢的種間雜交后代騾子不育研究

馬和驢分別屬于哺乳綱奇蹄目馬科馬屬的2個不同種。馬和驢雜交后代騾子一般認為沒有生育能力，但有報道指出，個別母騾具有生育能力。目前，關于馬、驢和騾的染色體結構和核型分析已有很多研究。Richer[34]、雷初朝等[35]研究發(fā)現，馬染色體數目2n=64，31對常染色體中，13對為亞中央著絲粒染色體，18對為端著絲粒染色體；X染色體為較大的亞中央著絲粒染色體，Y染色體為很小的端著絲粒染色體。

賴雙英[36]、Benirschke等[37]研究發(fā)現，驢染色體數目2n=62，30對常染色體中，19對為亞中央著絲粒染色體，11對為端著絲粒染色體。X染色體為第4大亞中央著絲粒染色體，Y染色體為最小端著絲粒染色體。張靜南[38]比較分析可育和不育騾子染色體發(fā)現，可育和不育騾子的染色體形態(tài)結構一半與馬的單倍染色體相似，另一半與驢的單倍染色體相似。

Wodsedalek[39]研究認為，公騾不育可能是由于親本染色體數目不同導致減數分裂阻滯，精子發(fā)生障礙，導致不育。Taylor[40]對胚胎期和新生騾研究發(fā)現，胚胎期生殖細胞發(fā)育和有絲分裂過程正常，但新生騾卵原細胞進行減數分裂時大部分凋亡，進一步驗證了親本染色體數目不同導致卵母細胞無法進行減數分裂產生正常卵子。隨著個別母騾可育的報道相繼出現[41～44]，Anderson[45]研究發(fā)現，母騾只有產生含有馬或驢染色體的卵子時才能正常受精。Zong等[46]研究母騾生育的個體的染色體核型時發(fā)現，其染色體核型與親本馬或驢并不是完全相同的。Michie認為雜交后代形成了只含有母本染色體的正常單倍體卵子，導致后代可育。趙振民等[47]研究發(fā)現，個別性腺發(fā)育較好的個體可以產生外觀正?；蚧蔚木?。

由于可育母騾發(fā)生比例很低，公騾即使產生正常精子也很難被發(fā)現[48]。

3.3 雞和鵪鶉的屬間雜交后代不育研究

雞和鵪鶉分別屬于鳥綱雞形目雉科的雞屬和鵪鶉屬，雞和鵪鶉雜交是屬間遠緣雜交。雞與鵪鶉雜交，胚胎期雌性全部死亡，孵化出殼的都是雄性且睪丸發(fā)育不正常，表現不育[25]。

孫永強等[49]、馮欣璐等[25]研究發(fā)現，雜交后代的染色體數目2n=78，與雞和鵪鶉染色體數目相同，但染色體形態(tài)差異明顯，認為可能是由于染色體形態(tài)結構差異導致雜種不育。

3.4 銀黑狐、藍狐雜交后代不育研究進展

銀黑狐和藍狐(又名北極狐)分別屬于哺乳綱食肉目犬科的狐屬和北極狐屬。銀黑狐和藍狐雜交為屬間遠緣雜交。由于雜交狐具有明顯的雜種優(yōu)勢，雜交狐體型和皮張尺寸比銀黑狐和藍狐大，因此售價高于銀黑狐皮和藍狐皮，具有較高的商業(yè)價值。目前，通過人工授精可以得到銀黑狐和藍狐雜交后代，但是正反交獲得的雜交狐雄性不育。銀黑狐由于存在B染色體變異，染色體數目2n=34-42[50]；藍狐由于染色體存在著絲粒融合，染色體數目2n=48-50[51]。目前，已有的雜種狐F1代研究都只是藍霜狐，即銀黑狐♂×藍狐♀的雜交F1代，研究發(fā)現，藍霜狐染色體數目變化較大，2n=41+或42+(1-3)，主要取決于藍狐母本是否存在著絲粒融合易位、父本銀黑狐B染色體的數目[52]。

利用染色體顯帶技術研究發(fā)現，銀黑狐、藍狐以及藍霜狐染色體臂的同源性正常，少數染色體同源性差可能是由于染色體臂間倒位和融合移位造成的。還有很少的染色體不具有同源性。銀黑狐和藍狐在染色體形態(tài)和數量上的差異很大，不能形成染色體平衡的配子，可以解釋雜種狐不育[52]。通過在繁殖期采用鑭穿透技術比較藍狐、銀狐、雜交狐血睪屏障的完整性，研究發(fā)現，雜種狐精子生成早期減數分裂停滯在粗線期[53]。應用光學顯微鏡及電鏡對藍霜狐聯會復合體研究發(fā)現，藍霜狐聯會復合體形成多價體、雙價體以及不對稱軸結構，表明雄性雜種狐不育可能與2個親本不同的染色體核型有關，導致染色體沒有完全配對，或是染色體出現斷裂[54]。

4 進一步研究方向

動物遠緣雜交雄性不育是生殖隔離的體現，不育主要表現為生精障礙。但是解決雄性不育問題并非沒有可能。對遠緣雜交雜種一代染色體的進一步研究，有待于采用染色體帶型分析(C帶，G帶)或借助染色體熒光原位雜交、超顯微切割染色體等分子生物學技術。此外，隨著分子生物學和生物信息學技術的不斷發(fā)展，可以利用高通量測序技術篩選與減數分裂和精子發(fā)生過程相關的差異表達基因和蛋白質，通過基因和蛋白質水平進一步深入研究影響雜種不育的關鍵基因和蛋白質，從分子水平上探討雄性不育的遺傳機制，以期在不遠的將來解決雄性不育問題。

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