胡玉瓊，許發(fā)瓊，鄭恒博，白丁平， 李 昂

( 福建農(nóng)林大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，福建 福州350002)

家禽業(yè)是畜牧業(yè)的重要組成部分，對(duì)滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)蛋、肉等產(chǎn)品的需求具有重要意義。家禽的許多經(jīng)濟(jì)性狀與性別直接相關(guān)，蛋禽中僅需飼養(yǎng)雌性個(gè)體就能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益；肉禽生產(chǎn)中雄性個(gè)體生長(zhǎng)速度快、飼料報(bào)酬高，飼養(yǎng)雄性個(gè)體的經(jīng)濟(jì)效益最為理想。因此，若能實(shí)現(xiàn)家禽的性別控制，將對(duì)家禽生產(chǎn)具有重要的意義。

禽類(lèi)和哺乳動(dòng)物的性別主要由性染色體決定[1]，性染色體上的性別決定基因開(kāi)啟性別分化，調(diào)節(jié)性腺分化為卵巢或睪丸[2]。研究發(fā)現(xiàn)禽類(lèi)性別分化機(jī)理與哺乳動(dòng)物不同，在哺乳動(dòng)物中性染色體XX代表雌性，XY代表雄性，而在禽類(lèi)中ZZ代表雄性，ZW代表雌性，且在禽類(lèi)中未發(fā)現(xiàn)睪丸決定因子(SRY)[3]。此外，類(lèi)固醇激素(如雌激素、雄激素)在禽類(lèi)性別分化過(guò)程中扮演著重要角色，雌激素影響性腺發(fā)育為卵巢，雄激素影響性腺發(fā)育為睪丸，而雌激素由雄激素在芳香化酶的作用下轉(zhuǎn)化而來(lái)[4]。由此表明基因和激素共同調(diào)節(jié)禽類(lèi)的性別分化。

1 性別分化

1.1 性腺發(fā)育過(guò)程

性別分化是受精卵在性染色體的基礎(chǔ)上，經(jīng)外界因素的影響發(fā)育成睪丸或卵巢的過(guò)程。禽類(lèi)性別分化的過(guò)程分為多個(gè)時(shí)期，孵化至第3.5天時(shí)觀察到性腺發(fā)育；孵化至第3.5～5.5天時(shí)性腺根據(jù)性染色體的不同開(kāi)始出現(xiàn)差異；孵化至第6.5天時(shí)從組織學(xué)水平上觀察到性腺分化，裹在髓質(zhì)部的雄性性腺開(kāi)始形成曲精細(xì)管索，同一時(shí)期雌性性腺外層的皮質(zhì)層開(kāi)始增殖變厚；孵化至第8天時(shí)雌性右側(cè)的卵巢開(kāi)始退化，左側(cè)卵巢明顯大于右側(cè)，而雄性中左側(cè)睪丸稍大于右側(cè)[5]。禽類(lèi)性腺形成過(guò)程中，原始生殖細(xì)胞(PGC)起重要作用。禽類(lèi)PGC起源于外胚層，在孵化第3天之前，PGC通過(guò)血液遷移至生殖嵴，并有65%～70%定居于生殖嵴，含有PGC皮質(zhì)區(qū)的生殖嵴分化為卵巢，含有PGC髓質(zhì)區(qū)的生殖嵴分化為睪丸[6]。

1.2 性腺發(fā)育過(guò)程中基因的表達(dá)

禽類(lèi)早期胚胎的中性生殖腺具有兩性分化潛能，最終受遺傳基因調(diào)控分化為雌性或雄性生殖腺。雄性家禽中DMRT1和HEMGN均位于Z染色體上，DMRT1在孵化至第3.5天開(kāi)始表達(dá)，在DMRT1調(diào)控下，HEMGN、SOX9、AMH基因開(kāi)始表達(dá)[7]。DMRT1、HEMGN、SOX9和AMH是睪丸發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子[8]。雌性家禽中HINTW和FET1均位于W染色體上，HNITW(ASW和WPKCI)在孵化至第4.5天開(kāi)始表達(dá)，孵化至第6.5天達(dá)到表達(dá)峰值[9]；FET1在孵化至第4.5～6.5天時(shí)特異表達(dá)決定禽類(lèi)性別分化[10]。此外，常染色體上某些基因也參與到性別分化過(guò)程，如SOX9、AMH、FOXL2、SF1均在性腺分化過(guò)程中表達(dá)(見(jiàn)圖1)[2]。

圖1 雞胚性腺發(fā)育和性分化過(guò)程中基因表達(dá)譜[2] 雞胚孵化至6.5 d之前，雌、雄性腺處于中性狀態(tài)。：雄性特異表達(dá)的基因；：雌雄個(gè)體表達(dá)量相 近的基因；：雌性特別表達(dá)基因。基因表達(dá)量用圖形面積 大小表示。Fig.1 The expression profiles of gonad development and sexual differentiation in chicken embryo[2] Before embryo incubation to 6.5 days, the gonad of both male and female were in neutral state.: Male-specific genes;:A gene whose expression is similar in both sexes;: Female- specific genes. The area represents gene expression level

2 性別調(diào)控基因

2.1 與Z染色體關(guān)聯(lián)的睪丸發(fā)育相關(guān)基因

2.1.1DMRT1DMRT1(doublesex and mab-3-related transcription factor) 主要影響雄性動(dòng)物生殖器官的發(fā)育，在非脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中高度保守。脊椎動(dòng)物中DMRT1對(duì)睪丸分化至關(guān)重要，在小鼠胚胎期性腺中過(guò)表達(dá)DMRT1，會(huì)促進(jìn)睪丸發(fā)育，抑制卵巢發(fā)育[11]。DMRT1旁系同源基因也被證實(shí)與性別分化有關(guān)，如青鳉魚(yú)Y染色體上DMY/DMRT1bY[12]、非洲爪蟾W染色體上DMW[13]。該類(lèi)基因均屬于DM域基因，通過(guò)基因重復(fù)和易位( 青鳉)，重復(fù)和缺失(非洲爪蛙)，或失去一個(gè)等位基因(鳥(niǎo)類(lèi))，從而參與調(diào)控動(dòng)物性腺分化過(guò)程[13]。

在Z染色體劑量假說(shuō)中，DMRT1被認(rèn)為與鳥(niǎo)類(lèi)雄性性腺分化相關(guān)，是性別決定候選基因。DMRT1位于Z染色體上，在W染色體上未發(fā)現(xiàn)DMRT1同源體[14]。DMRT1最早在雞胚孵化至第3.5天開(kāi)始表達(dá)，且在雌、雄性腺中呈劑量差異性表達(dá)，在雄性性腺中表達(dá)量約為雌性中的2倍[2]，干擾DMRT1表達(dá)后雄性性腺有向雌性性腺發(fā)育趨勢(shì)[15]。借助逆轉(zhuǎn)錄病毒感染使DMRT1過(guò)量表達(dá)，從而抑制芳香化酶的產(chǎn)生，促使雄性相關(guān)基因表達(dá)，抑制雌性相關(guān)基因表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)DMRT1是決定性腺發(fā)育成睪丸的重要基因之一[7]。研究發(fā)現(xiàn)用AI(芳香化酶抑制劑)處理性別分化前的雞胚，在雌性(ZW)反轉(zhuǎn)為雄性的雞胚中發(fā)現(xiàn)DMRT1大幅度上調(diào)[16-17]；孵化前用乙烯雌酚處理雞胚，發(fā)現(xiàn)DMRT1在雄性(ZZ)反轉(zhuǎn)為雌性的雞胚中大幅度下調(diào)[18]。由此表明DMRT1為禽類(lèi)性腺分化所必需，可能通過(guò)劑量補(bǔ)償機(jī)制影響芳香化酶的產(chǎn)生，進(jìn)一步對(duì)禽類(lèi)的性別分化發(fā)揮作用。

2.1.2HEMGNHEMGN(hemogen)位于禽類(lèi)Z染色體，是雄性胚胎中睪丸分化基因，在DMRT1之后SOX9之前表達(dá)[10]。如果在雌性雞胚(ZW)中過(guò)表達(dá)HEMGN，會(huì)引起雄性標(biāo)志基因DMRT1和SOX9表達(dá)上調(diào)，使雌性標(biāo)志基因芳香化酶基因和FOXL2表達(dá)下調(diào)[19]。若在雞胚中較早表達(dá)DMRT1會(huì)引起HEMGN異位表達(dá)[7]，由此可見(jiàn)DMRT1與HEMGN之間存在某種反饋機(jī)制，通過(guò)兩種基因的互相作用共同維持著雄性性腺的發(fā)育。

2.2 與W染色體關(guān)聯(lián)的卵巢發(fā)育相關(guān)的基因

2.2.1FET1FET1(female-expressed transcript 1)位于W染色體短臂的常染色質(zhì)中，在Z染色體上無(wú)同源序列，主要在雌性雞胚早期階段的皮質(zhì)表達(dá)，是禽類(lèi)卵巢決定候選基因[20]。FET1只在性別分化期雌性雞胚左側(cè)性腺中顯著表達(dá)[16]。FET1的時(shí)空表達(dá)表明其在卵巢發(fā)育過(guò)程中起重要作用。

2.2.2HINTWHINTW(histidine triad nucleotide-binding protein W)位于禽類(lèi)W染色體上，也被稱(chēng)作ASW和WPKCI[20-21]，在雌性胚胎中高度表達(dá)[22]。HINTW編碼HIT核酸連接蛋白，該編碼產(chǎn)物與 Z染色體上HINTZ基因所編碼的蛋白相比缺失組氨酸三聯(lián)體(histidine triad，HIT)框，無(wú)法催化AMP與賴(lài)氨酸結(jié)合。相反HINTZ編碼蛋白具有HIT框，并且HINTW與HINTZ結(jié)合形成HINTZ/HINTW異二聚體可抑制HINTZ發(fā)揮功能，從而起始雌性雞胚性腺分化過(guò)程[23]。在芳香化酶抑制劑處理的雞胚中發(fā)現(xiàn)HINTW表達(dá)上調(diào)，但未能阻止ZW個(gè)體雄性化[16]，三倍體的研究證實(shí)WPKCI在鳥(niǎo)類(lèi)性別決定過(guò)程中并不處于主導(dǎo)地位[24]。由此可見(jiàn)HINTW雖與性別分化相關(guān)，但不是禽類(lèi)雌性決定基因，可能直接或間接與DMRT1互相作用, 從而影響禽類(lèi)性別分化。

2.3 常染色體上性腺發(fā)育相關(guān)基因

2.3.1 影響睪丸發(fā)育相關(guān)的基因SOX9(SRY related HMG box,SOX)在睪丸支持細(xì)胞中特異性表達(dá)，對(duì)決定脊椎動(dòng)物的性別起一定作用[25-26]。在缺失SRY基因的雄性小鼠中過(guò)表達(dá)SOX9，小鼠睪丸能正常發(fā)育[27]；但抑制正常XY雄性小鼠中SOX9表達(dá)，會(huì)使小鼠發(fā)育為雌性表型[28]。在正常XX雌性小鼠中過(guò)表達(dá)SOX9，會(huì)使小鼠發(fā)育為雄性表型[29]。雞基因組中無(wú)SRY，但SOX9在孵化至第6.5天在雄性髓質(zhì)索中表達(dá)[30]，且雞體內(nèi)的SOX9表達(dá)一旦啟動(dòng)將引起睪丸支持細(xì)胞分化，使其最終發(fā)育為雄性個(gè)體[31]。

AMH(antimullerian hormone)是一種二聚體糖蛋白，屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β家族[26]，是哺乳動(dòng)物早期睪丸發(fā)育的標(biāo)志，在睪丸支持細(xì)胞中合成和分泌，引起雄性繆勒氏管退化，并在性別分化中扮演著重要角色[32]。孵化至5.5天之前，AMH在雞胚中開(kāi)始表達(dá)，且雄性表達(dá)量高于雌性[33]。借助RNA干擾抑制雞胚性腺中AMH表達(dá)，會(huì)影響雞胚中腎和性腺的生長(zhǎng)，但不影響決定睪丸生長(zhǎng)發(fā)育基因DMRT1和SOX9表達(dá)，且睪丸發(fā)育正常[34]。相反用逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)染使雌性家禽(ZW型)胚胎期AMH過(guò)量表達(dá)，雌性禽(ZW)胚胎期性腺中發(fā)育出類(lèi)睪丸結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)中無(wú)睪丸支持細(xì)胞，雄性禽(ZZ)胚胎期性腺中出現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象，兩側(cè)均缺少睪丸支持細(xì)胞和性腺類(lèi)固醇激素[35]。綜上所述，AMH在雞胚內(nèi)雖不是早期睪丸的激活劑，但通過(guò)影響性激素的產(chǎn)生，從而影響性腺的發(fā)育。

2.3.2 影響卵巢發(fā)育相關(guān)的基因CYP19A1(cytochrome P450 19A1，P450arom)是芳香化酶合成基因，主要在禽類(lèi)雌性胚胎性腺中表達(dá)[36]，表達(dá)時(shí)間與禽類(lèi)卵巢形成時(shí)間(孵化第6.5～7.0天)一致[37]。CYP19A1位于常染色體上，其表達(dá)產(chǎn)物芳香化酶在雌性生殖腺的髓質(zhì)中表達(dá)，且在卵巢發(fā)育過(guò)程中表達(dá)量持續(xù)增加[38]。芳香化酶在雄激素轉(zhuǎn)化為雌二醇的過(guò)程中起關(guān)鍵作用，雌二醇只存在于雌性胚胎性腺中，是禽類(lèi)卵巢發(fā)育的必需激素[39]。由此可見(jiàn)，抑制CYP19A1的表達(dá)會(huì)干擾雄激素轉(zhuǎn)化為雌二醇，進(jìn)一步阻止禽類(lèi)卵巢的發(fā)育，使雌性個(gè)體有可能發(fā)育為雄性個(gè)體。研究證實(shí)利用芳香化酶抑制劑處理雞胚，可使雌性反轉(zhuǎn)為雄性[40]。相反在雄性雞胚中過(guò)表達(dá)芳香化酶，會(huì)抑制DMRT1和SOX9等雄性基因表達(dá)，從而使正常雄性雞反轉(zhuǎn)為雌性表型雞[41]。

FOXL2(female-expressed transcript 1) 在卵泡的顆粒狀細(xì)胞中特異性表達(dá)，對(duì)卵泡發(fā)育起重要作用。FOXL2能與SOX9增強(qiáng)子元件結(jié)合導(dǎo)致SOX9表達(dá)沉默，抑制睪丸的分化[42]。研究表明FOXL2與CYP19A1均在卵泡顆粒細(xì)胞中表達(dá)，且FOXL2表達(dá)先于CYP19A1[43]；FOXL2與CYP19A1之間存在反饋調(diào)節(jié)，在胚胎期抑制CYP19A1會(huì)使FOXL2表達(dá)量降低[44]。SF-1(Steroidogenic factor 1)屬于孤核激素受體家族，與類(lèi)固醇激素合成密切相關(guān)[45]，在脊椎動(dòng)物早期階段的性腺和腎上腺發(fā)育中起重要作用[46]。SF-1在早期發(fā)育的雞胚兩性生殖嵴中均有表達(dá)，并且在卵巢中的表達(dá)高于睪丸[47]。當(dāng)性腺分化(孵化9.0 d)后，SF-1在左側(cè)卵巢的表達(dá)量高于右側(cè)退化的卵巢和睪丸[48]。SF-1可與FOXL2結(jié)合調(diào)節(jié)卵巢甾體生成和正常卵泡的發(fā)育[49]。在人、魚(yú)和雞胚中SF-1通過(guò)與CYP19A1啟動(dòng)子結(jié)合調(diào)節(jié)CYP19A1的表達(dá)，SF-1對(duì)CYP19A1的表達(dá)起調(diào)控作用[36,50-51]。由此說(shuō)明FOXL2、SF-1可能直接或間接調(diào)控芳香化酶的生成，從而調(diào)控雌激素的產(chǎn)生，進(jìn)而影響雌性性腺發(fā)育。

3 展 望

禽類(lèi)性別分化不僅受性別決定基因調(diào)控，并且還受性激素調(diào)控，因此，禽類(lèi)的性別決定機(jī)制較為復(fù)雜。禽類(lèi)中與性染色體關(guān)聯(lián)的基因(DMRT1、HEMGN、FET1、HINTW)影響著性腺分化，位于常染色體上的基因(SOX9、AMH、CYP19A1、FOXL2、SF-1)也參與了性腺的發(fā)育。這些基因之間存在某種關(guān)系，構(gòu)成一種復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，與性激素共同參與禽類(lèi)的性別分化。隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，可以利用高通量測(cè)序、基因敲除及基因編輯等技術(shù)進(jìn)行基因功能方面的深入研究，以最終明確禽類(lèi)性別分化機(jī)制，并將其應(yīng)用到實(shí)踐中，從而更好地控制家禽性別，提高養(yǎng)禽業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。