喻杰，楊弘

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水漁業(yè)和種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214081)

魚類是脊椎動(dòng)物中最多樣化的群體，包括3.2萬多種[1]。這種多樣性反映了它們對(duì)不同環(huán)境條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。因此，魚類常表現(xiàn)出驚人的形態(tài)、生理和行為適應(yīng)能力，以適應(yīng)高度多樣化的水生環(huán)境。魚類還具有多種生殖策略，包括雌雄異體、雌雄同體和單性群體[2]。在進(jìn)化過程中，這些生殖策略獨(dú)立出現(xiàn)在不同的譜系中，顯示出其起源的多元性[3]。

魚類的養(yǎng)殖歷史悠久，目前全球養(yǎng)殖魚類已近400種(FAO, http://www.fao.org/home/zh/)。養(yǎng)殖魚類的產(chǎn)量很大程度上依賴于繁殖技術(shù)，目前已有大量關(guān)于繁殖控制技術(shù)的報(bào)道，其中包括單性種群的生產(chǎn)。由于多種養(yǎng)殖魚類存在雌雄性別二態(tài)性(如體型、生長(zhǎng)速度等)，有時(shí)也因其最有價(jià)值的特征與某一種性別有關(guān)(如體色、外形等)，生產(chǎn)中對(duì)全單性苗種的需要非常強(qiáng)烈。本研究中綜述了有關(guān)魚類性別轉(zhuǎn)變和性別決定及其機(jī)制的研究進(jìn)展，概述了魚類性別的可塑性，并以尼羅羅非魚Oreochromisniloticus和大菱鲆Scophthalmusmaximus為例回顧了水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中控制性別比例的研究情況。

1 魚類性別的自然轉(zhuǎn)變

對(duì)高等脊椎動(dòng)物特別是哺乳類而言，其個(gè)體的性別在早期胚胎發(fā)育過程中就已確定。然而，在多種雌雄同體的植物和動(dòng)物物種中，其個(gè)體性別在生活史的某一階段自然發(fā)生轉(zhuǎn)變[4-6]。魚類是脊椎動(dòng)物中最多樣化的群體，且硬骨魚是脊椎動(dòng)物中唯一具有雌雄同體現(xiàn)象的群體，對(duì)于此類魚而言，性別轉(zhuǎn)變是生殖周期中的常見事件，通常發(fā)生在群體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化或個(gè)體生長(zhǎng)到特定年齡或大小時(shí)期[7-9]。據(jù)報(bào)道，在至少9個(gè)目的硬骨魚類中具有雌雄同體現(xiàn)象，分為3種形式：先雌后雄、先雄后雌和連續(xù)雙向性別轉(zhuǎn)變[3,10](表1)，其功能性性轉(zhuǎn)均伴隨著性腺重構(gòu)及形態(tài)和行為的改變[7-8,11]。

幾十年來，性別轉(zhuǎn)變的生物學(xué)過程和意義是學(xué)者們致力研究的一個(gè)有趣的科學(xué)問題[5,7,12-14]。目前，關(guān)于魚類雌雄同體現(xiàn)象的生態(tài)和進(jìn)化背景已經(jīng)研究得較為成熟[3]，如珊瑚礁魚類受群體社會(huì)結(jié)構(gòu)控制的性別轉(zhuǎn)變[8,11,15]。對(duì)幾個(gè)代表性雌雄同體物種性別轉(zhuǎn)變過程中的行為學(xué)、解剖學(xué)和激素變化也有報(bào)道，如杜佩錦魚Thalassomaduperrey[16]、藍(lán)頭錦魚Thalassomabifasciatum[17]、小丑魚Amphiprionmelanopus[18]。然而，性別轉(zhuǎn)變的直接原因在較大程度上仍屬推測(cè)，環(huán)境和生理因素如何引發(fā)性別變化尚不清楚。在基因組水平上如何通過基因的瞬時(shí)和持續(xù)表達(dá)變化促進(jìn)性別轉(zhuǎn)變還不明確。也未見到針對(duì)某一物種從一種性別轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N性別的觸發(fā)機(jī)制及隨后的分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)的詳盡報(bào)道。

表1 3種類型雌雄同體魚類的分布[10]

Tab.1 Order distributions of three types of hermaphroditism[10]

目order先雌后雄protogynous先雄后雌protandrous同時(shí)存在simultaneous鳉形目Cyprinodontiformes√√合鰓目Synbranchiformes√鱸形目Perciformes√√√仙女魚目Aulopiformes√巨口魚目Stomiiformes√鯰形目Siluriformes√鯉形目Cypriniformes√鯡形目Clupeiformes√鰻形目Anguilliformes√√

性別決定是指決定先天性別的生物學(xué)機(jī)制，而性別分化則是描述隨后實(shí)現(xiàn)這一性別決定的發(fā)育過程。硬骨魚性別決定和分化具有豐富的多樣性和較強(qiáng)的可塑性，其性別可由基因(如XY型、ZW型、多基因決定型)、環(huán)境(如溫度、pH、種群密度)或通過其相互作用來確定，物種可以表現(xiàn)出雌雄異體(固定性別)，先后的或同時(shí)的雌雄同體，甚至單性群體[2,9]。3種形式的雌雄同體均零散地出現(xiàn)在硬骨魚的整個(gè)進(jìn)化樹中，提示魚類在生殖模式上的多重進(jìn)化起源和高度的進(jìn)化可塑性。因此，魚類是研究脊椎動(dòng)物性別決定和分化的良好模型[19-21]。

2 魚類性別決定

2.1 魚類性別決定的遺傳基礎(chǔ)

2.1.1 性別決定主效基因 性別決定基因在不同種魚類間具有高度遺傳變異，包括參與性別決定的基因數(shù)量及它們間的關(guān)系。目前，已經(jīng)在魚類中記錄了一些主要的性別決定基因，包括dmY、gsdf、amhy、amhr2、sox3和sdY等。dmY是青鳉Oryziaslatipes的性別決定基因，是在性別分化前和睪丸生殖細(xì)胞周圍的體細(xì)胞中表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，也是在魚類中描述的第一個(gè)性別決定基因，參與生殖細(xì)胞的增殖和前支持細(xì)胞向支持細(xì)胞的發(fā)育[22]。gsdf、amhy和amhr2是TGF-β超家族成員，參與控制細(xì)胞增殖的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[23]。其中，gsdf是性別決定級(jí)聯(lián)通路中dmY的下游基因，是弓背青鳉Oryziascuzonensis性別決定主要基因[24]。amhy在銀漢魚OdonthesteshatcheriXY雄性個(gè)體性腺分化過程中性腺支持細(xì)胞中表達(dá)，該基因在雄性發(fā)育的級(jí)聯(lián)中位于amh上游，是一種雄性性別決定基因[25]。amhr2在紅鰭東方鲀Takifugurubipres生殖細(xì)胞周圍的體細(xì)胞中表達(dá)，被認(rèn)為是該物種的性別決定基因，該基因在X染色體中的amhr2激酶結(jié)構(gòu)域中含有一個(gè)特異性SNP變異，使其對(duì)amh激素的親和力較低，從而在其純合時(shí)性別為雌性(XX)[26]。Sox是一類重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，是由眾多具有 HMG-box 保守基序構(gòu)成的超基因家族。研究發(fā)現(xiàn)，sox3基因在恒河青鳉OryziasdancenaXX 個(gè)體中過表達(dá)或在 XY 個(gè)體中缺失均會(huì)導(dǎo)致性逆轉(zhuǎn)的發(fā)生，被認(rèn)為是恒河青鳉的性別決定基因[27]。sdY與虹鱒Oncorhynchusmykiss的SEX基因位點(diǎn)連鎖，是誘導(dǎo)其睪丸分化所必需的[28]。在其他多種魚類中也曾報(bào)道了許多關(guān)于性別決定基因的研究，如斑馬魚Daniorerio[29]、半滑舌鰨Cynoglossussemilaevis[30-31]、尼羅羅非魚O.niloticus[32-33]等(表2)。

魚類性別決定基因的多樣性突出了性腺在未分化階段可選擇多種方式來改變并驅(qū)動(dòng)性腺的發(fā)育方向，當(dāng)然有一些基因由于其在發(fā)育級(jí)聯(lián)中的突出地位而被高度利用[23]。如在青鳉和半滑舌鰨中發(fā)現(xiàn)的dmrt1及其相關(guān)基因，在包括鳥類和兩棲動(dòng)物在內(nèi)的不同脊椎動(dòng)物中也有報(bào)道[34-35]，這驗(yàn)證了與發(fā)育初期相關(guān)基因的適應(yīng)性有關(guān)的趨同進(jìn)化過程。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，該基因以不同的方式在XY或ZW系統(tǒng)中發(fā)揮作用(鳥類、蛙類、青鳉類、半滑舌鰨)，顯示出較強(qiáng)的可塑性[30,36]。另外，gsdf1、amh1和amhr2基因在雄性通路發(fā)育初期被激活[23]。與之前在其他脊椎動(dòng)物中的發(fā)現(xiàn)相反，gsdf1、amh1和amhr2并不是參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)控制細(xì)胞增殖的轉(zhuǎn)錄因子[23]。而且虹鱒的主要性別決定因子sdY是一種功能未知的性別決定基因，其編碼肽鏈的羧基末端與干擾素相關(guān)基因同源，這說明性別決定過程中發(fā)揮作用的基因來源廣泛[28]。

表2 已報(bào)道的魚類性別決定主效基因

2.1.2 多基因性別決定 除了具有單一的性別決定主基因的物種外，許多魚類還表現(xiàn)出兩個(gè)甚至多個(gè)在性別決定中起著重要作用的基因(或基因組區(qū)域)。在羅非魚中，LG1和LG3上分別有兩個(gè)主要的雄性和雌性決定基因[32]；劍尾魚屬Xiphophorus魚類具有一個(gè)包含X、Y和W性染色體的多因子性別決定系統(tǒng)[37]；在馬拉維湖的麗科Cichlidae魚類中，LG5和LG7上有兩個(gè)主要的性別決定系統(tǒng)，其中LG5具有雌性上位顯性因子[38]。多基因性別決定系統(tǒng)在其他魚類中亦有報(bào)道，如歐洲鱸Dicentrarchuslabrax[39]和斑馬魚[40]等。

目前，新一代測(cè)序技術(shù)(NGS)的發(fā)展使得魚類性別決定的研究成本大幅降低，多基因性別決定系統(tǒng)的研究得到不斷推進(jìn)。限制性內(nèi)切位點(diǎn)相關(guān)DNA測(cè)序(RAD)，是一種結(jié)合了NGS強(qiáng)大功能和通過限制性內(nèi)切酶消化簡(jiǎn)化基因組的測(cè)序技術(shù)[41]，能夠進(jìn)行密集的基因組篩選以研究多基因性狀的遺傳結(jié)構(gòu)[42]。目前，該方法已被用于斑馬魚性別決定基因的研究[43]，并在大西洋庸鰈Hippoglossushipoglossus和尼羅羅非魚中用于識(shí)別與性別相關(guān)的基因組區(qū)域[44-45]。此外，利用RAD測(cè)序技術(shù)進(jìn)行SNP挖掘和基因圖譜構(gòu)建，將有助于在候選區(qū)域獲得密集圖譜，從而更精確定位，加速性別決定基因的識(shí)別鑒定，開發(fā)與性別決定位點(diǎn)緊密相關(guān)的分子遺傳標(biāo)記，用于快速跟蹤后代性別檢測(cè)并應(yīng)用于單性群體生產(chǎn)，以提高水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)力[46]。

與NGS方法相關(guān)的基因表達(dá)研究對(duì)于理解形態(tài)發(fā)生效應(yīng)與潛在遺傳網(wǎng)絡(luò)間的關(guān)系也至關(guān)重要。微陣列技術(shù)是一種用于檢測(cè)性腺分化過程中基因表達(dá)譜的強(qiáng)大工具[47]，但轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)(RNA-seq)因其更高的敏感性、準(zhǔn)確性并能提供與表達(dá)差異相關(guān)基因變異的額外信息而被廣泛應(yīng)用[48]?；虮磉_(dá)的表觀遺傳調(diào)控也為基因與環(huán)境的相互作用及可塑性發(fā)育提供了一個(gè)新的研究方向[49]，是一個(gè)具有廣泛跨學(xué)科適用性的新興研究領(lǐng)域。

2.2 魚類性別決定的環(huán)境因子

魚類性別除了受基因決定外，一些環(huán)境因子同樣具有性別決定作用。在環(huán)境型性別決定(ESD)中，兩性間最初的差異是由環(huán)境因子差異引起的[50]。銀漢魚是第一個(gè)描述了溫度依賴型性別決定(TSD，ESD的一種形式)的魚類物種[51-52]。溫度是對(duì)魚類性別決定影響最大的環(huán)境因子[53-54]，其影響可在分化的不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行。高溫通常傾向于產(chǎn)生更多的雄性，低溫在某些情況下無影響或產(chǎn)生更多的雌性[53]。雖然學(xué)界已提出了幾個(gè)假設(shè)，但聯(lián)系溫度和性別比例的最終機(jī)制仍不清楚。溫度介導(dǎo)的芳香化酶表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控也被提出，有研究證實(shí)，芳香化酶啟動(dòng)子的高度甲基化與歐洲鱸熱敏期的高溫有關(guān)，提示該物種的性別分化受表觀遺傳控制[55]。這一領(lǐng)域的許多研究在實(shí)驗(yàn)室條件下證明了環(huán)境因素的影響，在某些情況下甚至較強(qiáng)烈，但并不一定反映該物種在自然界中的情況[53]。魚類中TSD的存在顯示了性腺發(fā)育的可塑性[54]。

除溫度是對(duì)魚類性別決定影響最大的環(huán)境因子外，還有一些環(huán)境因子影響著魚類性別決定和分化，如pH、種群密度、含氧量等。研究人員發(fā)現(xiàn)，劍尾魚Xiphophorushelleri在pH為7.2時(shí)全部發(fā)育成雄性，而pH為7.8時(shí)絕大多數(shù)(98%)發(fā)育成雌性[56]；紫鯛Pelvicachromispulcher在pH為4～5時(shí)90%向雄性轉(zhuǎn)變，而在中性條件下則向雌性轉(zhuǎn)變[57]；日本鰻鱺Anguillajaponica在高密度養(yǎng)殖時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的雄性率[58]；叉尾斗魚Macropodusopercularis在單獨(dú)飼養(yǎng)時(shí)傾向發(fā)育成雄性，而群體飼養(yǎng)則分化為雌性[59]；斑馬魚在缺氧(0.8 mg O2/L)條件下雄性比例高于對(duì)照組(5.8 mg O2/L)，含氧量的變化也可影響其性別比例[60]。

群體內(nèi)的社會(huì)互動(dòng)是雌雄同體物種性別決定的重要環(huán)境因子[8]。在這些情況下，大腦是群體社會(huì)信號(hào)轉(zhuǎn)化為生理信號(hào)的主要參與者[61]。雖然這不是發(fā)育初期性別決定的機(jī)制，但卻是魚類性腺發(fā)育可塑性的一個(gè)很好的例子，也是成魚已分化性腺中存在雙潛能原基細(xì)胞的證據(jù)[62]。

3 性別控制研究在魚類養(yǎng)殖中的應(yīng)用

在許多魚類中，一種性別比另一種性別生長(zhǎng)得更快或成熟得更早，這些差異在水產(chǎn)養(yǎng)殖條件下更加明顯[63-64]。性別相關(guān)的生長(zhǎng)差異會(huì)產(chǎn)生個(gè)體大小差異，因此，必須對(duì)其按照個(gè)體大小進(jìn)行篩選，以避免同類相食或大小等級(jí)影響群體社會(huì)關(guān)系[65]。這意味著需要更多的生產(chǎn)場(chǎng)地以適應(yīng)不同生長(zhǎng)狀態(tài)的群體[64]。性別二態(tài)性有的是以雄性為優(yōu)勢(shì)性別(如羅非魚)，有的是以雌性為優(yōu)勢(shì)性別(如比目魚、鱸等)。大菱鲆雌魚比雄魚大50%[66]，尼羅羅非魚雄魚比雌魚生長(zhǎng)快40%～50%[67]。在其他情況下，如歐洲鱸在飼養(yǎng)條件下雄魚偏多[68]。目前，研究者對(duì)魚類性別控制方法已進(jìn)行了廣泛研究[69]。

在這種情況下，性別相關(guān)標(biāo)記對(duì)于早期鑒定非常有幫助，特別是對(duì)于那些無明顯形態(tài)二態(tài)性的物種。這有助于在遺傳育種中識(shí)別潛在繁殖后代的性別，并避免在選定的種群中出現(xiàn)性別偏倚。然而，目前與性別相關(guān)的標(biāo)記物最多的應(yīng)用是在激素處理后，鑒定發(fā)生性別轉(zhuǎn)變個(gè)體的遺傳性別，以加速建立單性別群體的進(jìn)程[70]。有效的性別相關(guān)標(biāo)記物和性別決定關(guān)鍵基因可以使分子標(biāo)記輔助育種(MAS)和基因輔助育種(GAS)更為便捷有效。下面以養(yǎng)殖業(yè)中具有明顯性別二態(tài)性的兩個(gè)主要品種為例介紹性別控制在生產(chǎn)上的應(yīng)用。

3.1 羅非魚

羅非魚類群包含80多種麗魚科魚類(Cichlidae，鱸形目Perciformes)，是非洲和中東的特有種，但已被引進(jìn)到大多數(shù)熱帶和亞熱帶國(guó)家進(jìn)行水草控制和水產(chǎn)養(yǎng)殖。羅非魚養(yǎng)殖被認(rèn)為是改善發(fā)展中國(guó)家蛋白質(zhì)供應(yīng)的一種重要資源，在日本、美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家也有重要的市場(chǎng)。羅非魚養(yǎng)殖是增長(zhǎng)最快的養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)之一，是養(yǎng)殖魚類中僅次于鯉類的第二大重要群體，也是養(yǎng)殖最廣泛的魚類，主要養(yǎng)殖品種為尼羅羅非魚，目前，中國(guó)羅非魚養(yǎng)殖規(guī)模較大且技術(shù)處于領(lǐng)先地位。

羅非魚具有一種重要的性別二態(tài)性，其雄魚相較于雌魚具有顯著的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。此外，羅非魚的性成熟期較早(尼羅羅非魚4～5個(gè)月大時(shí)性成熟)，雌魚在生長(zhǎng)期間連續(xù)產(chǎn)卵，導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育遲緩[71]，使得同一養(yǎng)殖水體個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育不同步，大小參差不齊。在一定條件下，養(yǎng)殖全雄羅非魚可以提高產(chǎn)量和成品魚規(guī)格，所以尼羅羅非魚的養(yǎng)殖生產(chǎn)上迫切需要單性苗種。

單性養(yǎng)殖可以通過幾種不同的途徑獲得，包括人工分離雌雄個(gè)體，種間雜交以生產(chǎn)全雄性后代，或使用激素進(jìn)行人工性逆轉(zhuǎn)。在羅非魚養(yǎng)殖中最常見的方法是在性別未分化的魚苗餌料中添加17α-甲基睪酮進(jìn)行投喂，可獲得98%以上的雄性率[71-72]。然而，銷售激素處理過的魚也可能面臨食品安全和健康問題，盡管在其他國(guó)家可能允許使用激素，但歐洲市場(chǎng)的食品安全條例通常禁止直接使用激素。要解決這個(gè)問題，可將性逆轉(zhuǎn)的方法與一種育種方案結(jié)合起來，對(duì)尼羅羅非魚來說，通過性逆轉(zhuǎn)的假雌魚(XY)與正常雄魚(XY)雜交生產(chǎn)超雄魚(YY)，最后通過超雄魚(YY)與正常雌魚(XX)雜交生產(chǎn)遺傳全雄魚苗(XY)，并通過使用性別連鎖DNA標(biāo)記來區(qū)分XX、XY或YY個(gè)體來加速這一生產(chǎn)過程。

用常規(guī)的染色體檢測(cè)技術(shù)無法識(shí)別羅非魚的性染色體。多數(shù)種類的羅非魚有22對(duì)染色體，但未發(fā)現(xiàn)異型性染色體對(duì)。相關(guān)研究表明，羅非魚的性別由位于連鎖群LG1、LG3和LG23的關(guān)鍵基因決定[32,73]。另外，不同種的羅非魚中，異配型的性別可以是雄性也可以是雌性。目前，已經(jīng)在羅非魚中報(bào)道了ZZ/ZW和XX/XY兩種系統(tǒng)，其中，尼羅羅非魚和吉利羅非魚O.zillii為XX/XY系統(tǒng)，馬來亞羅非魚O.mariae、奧利亞羅非魚O.aureus、卡朗羅非魚O.karongae和坦噶尼喀羅非魚O.tanganicae為ZZ/ZW系統(tǒng)。在某些奧利亞品系羅非魚中同時(shí)具有兩個(gè)分離的基因座，且ZW基因座對(duì)XY似乎是異位顯性(ZW/XY個(gè)體是雌性)[74]。在莫桑比克羅非魚O.mossambicus中，性別決定位點(diǎn)位于LG1[75]。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在LG1和LG3上均存在性別連鎖標(biāo)記[32]。這些差異可能是由這些研究中使用的家系和品系不同的遺傳背景決定的[75]。不同種間性別決定的差異表明，除環(huán)境因素的影響外，次要遺傳因子與關(guān)鍵基因相互分離并相互作用[54]，暗示可以將性別決定作為一種數(shù)量性狀來對(duì)待，并采用QTL檢測(cè)進(jìn)行研究[76]。

羅非魚主要養(yǎng)殖品種為尼羅羅非魚(吉富品系)[77]。大多數(shù)數(shù)據(jù)表明，LG1是該物種的性染色體[32]，最近通過對(duì)LG1上一個(gè)1～2 Mbp大小區(qū)域的RAD測(cè)序，進(jìn)一步精確了性別決定區(qū)的位置[45]。然而，在尼羅羅非魚及其雜交魚(尼羅奧利亞)的LG3和LG23上也發(fā)現(xiàn)了其他與性別相關(guān)的標(biāo)記[76]。同時(shí)，連鎖分析表明，遺傳因子與性別決定對(duì)溫度的敏感性有關(guān)[78]。

在LG1上發(fā)現(xiàn)的與性別密切相關(guān)的基因組區(qū)域包含10個(gè)在其他物種中與性別決定無關(guān)的基因，以及2個(gè)對(duì)個(gè)體進(jìn)行性別鑒定非常有用的SNP位點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)全雄性群體很有價(jià)值[45]。然而，這些標(biāo)記中有一些標(biāo)記與不同群體或品系的性別無關(guān)，因此，在應(yīng)用之前需要對(duì)不同的連鎖群進(jìn)行多個(gè)標(biāo)記的檢查。目前，大多數(shù)關(guān)于尼羅羅非魚性別決定的研究均以埃及曼扎拉湖原產(chǎn)的尼羅羅非魚為對(duì)象，但現(xiàn)在尼羅羅非魚已在全世界范圍內(nèi)廣泛養(yǎng)殖，一些新的變異正在出現(xiàn)，這也進(jìn)一步要求在對(duì)特定群體進(jìn)行性別鑒定之前要檢測(cè)性別連鎖標(biāo)記的可用性和有效性。

3.2 大菱鲆

大菱鲆顯著的生長(zhǎng)二態(tài)性促成了產(chǎn)業(yè)對(duì)全雌群體的需求。在分析有絲分裂和高分辨率減數(shù)分裂染色體后，均未發(fā)現(xiàn)性別相關(guān)的核型異型性[79]。這說明大菱鲆的性別決定區(qū)較小或不夠大，無法用普通細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)檢測(cè)到。相關(guān)研究中，用100個(gè)均勻分布的微衛(wèi)星進(jìn)行的QTL篩選鑒定了LG5近端區(qū)的主要性別決定區(qū)域，位于兩個(gè)標(biāo)記之間，間隔17.4 cM[80]。在對(duì)所有品系中Sma-USC30微衛(wèi)星位點(diǎn)的分離分析表明，母本決定子代性別，說明其具有ZZ/ZW系統(tǒng)[80]，這與激素性轉(zhuǎn)的父母本產(chǎn)生的后代的性別比例一致[81]。然而，Sma-USC30微衛(wèi)星位點(diǎn)的性別關(guān)聯(lián)性在不同的家系中也存在差異(84%～100%)，在LG6、LG8和LG21中也檢測(cè)到其他較小的QTL。此外，溫度對(duì)性別比例也有一定的影響[81]，雄性比例隨溫度升高而增加[53]。

利用Sma-USC30微衛(wèi)星標(biāo)記，在分析的4個(gè)家系中，有98.4%的個(gè)體可以正確鑒定[80]。這對(duì)于開發(fā)大菱鲆早期性別鑒定的分子工具至關(guān)重要。由于大菱鲆的性別要到成熟后才能確定，因此，早期的性別鑒定在育種程序中非常關(guān)鍵，可以用來估算所選后代的性別比例。這一分子工具對(duì)全雌群體的獲得也是必不可少的。由于大菱鲆表現(xiàn)出一種ZW機(jī)制，獲得全雌性種群需要一個(gè)三代譜系，從激素性轉(zhuǎn)的ZW假雄魚開始，直到在第二次雜交后代中獲得WW超雌魚，這些超雌魚在與正常ZZ雄魚雜交后，產(chǎn)生全雌性后代。

與性別決定密切相關(guān)的遺傳標(biāo)記的利用，可以通過剪鰭條在不造成損傷的情況下提前檢測(cè)幼魚的基因型性別，從而為生產(chǎn)全雌性后代節(jié)省大量時(shí)間。然而這項(xiàng)技術(shù)仍然存在較多缺陷，需要進(jìn)一步完善。首先，100%雌性大菱鲆往往無法獲得，因?yàn)榇罅怫业男詣e還取決于其他次要的遺傳和環(huán)境因素。其次，由于Sma-USC30微衛(wèi)星位點(diǎn)是一個(gè)性別決定基因的連鎖標(biāo)記，不是性別特異性的標(biāo)記，故需要建立SmaUSC-E30與品系水平性別的關(guān)聯(lián)。最后，由于標(biāo)記和性別決定間可能發(fā)生交叉，一些被選出的ZW假雄性或WW超雌性個(gè)體不會(huì)顯示出預(yù)期的遺傳結(jié)構(gòu)。盡管其不完善，但這一工具已被一些大菱鲆養(yǎng)殖企業(yè)使用，取得了不錯(cuò)的效果。

研究表明，包含約600個(gè)標(biāo)記的更密集的遺傳圖譜的構(gòu)建[82]，含有生殖和免疫基因的豐富數(shù)據(jù)庫(kù)的獲得[83]，以及最近組裝的大菱鲆基因組[84]，使得性別決定區(qū)域的分析更加精細(xì)，可以識(shí)別性別決定基因，分析其與前期發(fā)現(xiàn)的可能QTL間的關(guān)系，并推進(jìn)性染色體進(jìn)化的研究[46]。精細(xì)圖譜的構(gòu)建已經(jīng)將性別決定基因的定位精確到幾千堿基，使得更多與性別決定基因密切相關(guān)的基因標(biāo)記被發(fā)現(xiàn)，從而促進(jìn)了性別的早期鑒定。此外，這些研究工作還為新品系中LG6、LG8和LG21上次要性別決定因子的存在提供了支持依據(jù)，并證明次要因子和主要性別決定 QTL間存在相互作用。

4 問題與展望

魚類的性別決定受主要遺傳因子的影響，其他一些遺傳因子和環(huán)境因子也會(huì)通過一種復(fù)雜的相互作用來影響性別，因此，研究人員認(rèn)為可以將性別視為魚類的一種復(fù)合特征，并且不同的魚類具體情況不同。在過去的十幾年里，魚類性別決定及分化相關(guān)基因的研究已取得了巨大進(jìn)展，但魚類性別決定及控制的應(yīng)用研究方興未艾，仍有許多值得深入研究的問題。

(1)表觀遺傳學(xué)在魚類性別分化研究中的應(yīng)用。不改變基因的序列，在通過對(duì)基因的修飾來調(diào)控基因的表達(dá)是當(dāng)前轉(zhuǎn)錄水平基因表達(dá)調(diào)控研究的熱點(diǎn)之一，目前已知的有DNA甲基化、基因組印記、母體效應(yīng)、基因沉默、核仁顯性、休眠轉(zhuǎn)座子激活和RNA編輯等?；虮磉_(dá)的表觀遺傳調(diào)控為基因與環(huán)境的相互作用以及性別可塑性發(fā)育提供了一個(gè)新的研究方向。

(2)性別連鎖分子標(biāo)記的深入開發(fā)和優(yōu)化。在生產(chǎn)上，目前也已經(jīng)能夠?qū)⒒蚪M測(cè)序遺傳連鎖圖譜構(gòu)建應(yīng)用到分子標(biāo)記輔助育種中來加速獲得目的性別的單性群體，推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展。但目前開發(fā)的性別連鎖分子標(biāo)記在同一物種不同群體中的可用性、穩(wěn)定性和有效性仍需提高，這個(gè)問題也必將成為未來相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者關(guān)注的熱點(diǎn)方向之一。

(3)遺傳操作調(diào)控魚類性別的應(yīng)用研究。近年基因編輯技術(shù)的發(fā)展使得其在模式動(dòng)植物中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，尤其在作物性狀改良方面效果顯著，在水生動(dòng)物中的相關(guān)研究工作也已經(jīng)展開。國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者通過TALEN和CRISP/Cas9在羅非魚中突變了許多對(duì)性別決定和分化至關(guān)重要的基因，并建立了基因敲除系。但該技術(shù)與羅非魚商業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系并不緊密，尚停留在實(shí)驗(yàn)室階段，然而隨著研究的深入，相信建立基因組編輯方法對(duì)提高養(yǎng)殖效率具有巨大潛力。

總的來說，開展性別分化機(jī)制和性別控制的研究對(duì)于魚類尤其是具有顯著雌雄二態(tài)性的魚類基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展均有積極的推進(jìn)意義。