第二十章 性别决定基因鉴定及性染色体进化

第二十章 性别决定基因鉴定及性染色体进化

性别决定机制的探讨一直是生命科学研究中最具吸引力和最热门的领域之一。对两性生物而言，性别决定与分化是个体正常发育和生存不可缺少的一环，也是种族得以繁衍延续的物质基础。自古以来，关于性别决定的稀奇古怪的说法很多。随着科学技术的发展，人们认识到雌性和雄性个体在形态、生理和行为的许多特征及基因产物上都有很大的差异，然而它们在遗传信息上绝大部分是一致的，这就更引起了人们的兴趣，去揭示其中的奥秘。至今，对性别决定机制的研究已经形成了由遗传学、发育生物学、分子生物学及进化等多学科交叉的前沿研究领域。性别发育是一个多基因调控的复杂的分化事件，是对两套可轮换的遗传程序之一的精确决定和执行，而其分子机制及其多样性使得性别决定机制的研究成为有关胚胎发育过程中分子调节开关如何起作用的一个丰富的信息源泉。

发育生物学家的目标是追溯出性别决定和分化的基因通路，并以性别决定机制作为一种模式去理解发育的各个过程。同时，研究人员也致力于研究在大脑中是如何导致产生特殊的性行为，以及在不同的生物中，进化是如何产生截然不同的机制而最终获得相同的结果。在无脊椎动物中，研究人员以果蝇和线虫为实验对象，已接近实现这个目标，可绘制出详细的信号传导过程，其研究领先于脊椎动物；在低等脊椎动物中，性染色体的分化程度较低，而且其性别决定受环境的影响较大，研究人员在此领域中一直没有获得突破性进展；在哺乳动物中，已经克隆了一些调控性别决定和分化的基因，追溯出性别分化早期的一部分信号通路，并先后提出了一系列模型来解释哺乳动物的性别决定机制 。由于线虫和果蝇决定性别分化的基因完全不同，哺乳动物又具有不相关的第三套基因，这使得研究人员还无法应用从简单生物中所获得的信息来指导对高等生物的研究（Marx, 1995）。因此，脊椎动物性别决定基因的及其作用机制的研究主要依赖于本身的研究系统。

第一节 哺乳动物的性别决定

一、性别决定基因的鉴定

50年代确立了哺乳动物性别决定的两条规律：第一，性腺的分化决定了性别的分化，这条规律是通过一系列胎兔阉割实验确立的；第二，Y染色体决定雄性，这条规律是在发现性逆转病人的基础上确立的。哺乳动物性别决定基因的鉴定主要也是来自于对性反转动物的研究。事实上经过对性逆转病人三十多年的研究，通过对H-Y抗原、ZFY等睾丸决定因子（testis-determining factor, TDF）候选基因的逐步认识，直到1990年，才由Sinclair等克隆到人类Y染色体该区域内的一个新的候选基因SRY（Sex-determining region Y），同时在小鼠Y染色体相应区域找到了类似基因Sry（Gudday et al., 1990）。经过SRY转基因小鼠实

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验及对SRY表达特征和保守性分析证实，SRY基因就是TDF（Gudday et al., 1990）。SRY基因具有高度进化保守性，在其它较广泛的物种中也发现了SRY的同源基因，包括果蝇、两栖类、鸟类、北美鱼和其它哺乳动物。SRY盒基因的发现及其保守性为性别决定机制等的研究提出了新的研究课题。到具有更低等的进化地位的动物中去寻找性别决定基因或其祖先基因，从进化途径来阐明性别分化发育机制，是该领域研究的热点前沿课题。

SRY基因的发现是哺乳动物性别决定这个研究领域的一项重大突破。然而，最近的研究发现X染色体和常染色体上某些位点的突变也和性逆转有关，这意味着还存在着另一些基因介入了性别决定。近年来，人们已克隆了许多涉及性别决定的基因。至今为止，在哺乳动物中已分离鉴定了一些性别决定基因（表20-1）。

表20-1 哺乳动物中已发现的性别决定基因

基因 缩写 SRY （Sry） MIH （AMH〕 Sox9 WT1 SF－1 全称 sex-determining region Y Mullerian inhibiting substance SRY box gene 9 Wilm tumor gene 1 steroidogenic factor 1 DSS-AHC critical DAX－1 region on the X chromosome ,gene 1 RBM DAZ SOX-5 SOX-6 SOX-17

RNA binding motif Deleted in Azooepermia SRY box gene 5 SRY box gene 6 SRY box gene 17 精子细胞发生 精子细胞发生 精子细胞发生 精子细胞发生 精子细胞发生 决定雌性发育，SRY仅能抑制其一份剂量 为哺乳动物睾丸决定因子，启动睾丸的分化，是睾丸发育负调节的抑制子 使雄性体内的副中肾管退化，阻止其发育成雌性生殖器 与人类睾丸决定有关，突变可导致产生46XY性反转 可能在性别分化的早期参与SRY的激活 可能是AMH基因的直接调控者，是AMH基因激活所必需的，在Sry表达之前启动性腺和肾上腺的发育 基因功能 以前广泛地认为Y染色体上的特异重复顺序是由“无用”DNA组成，而 Bruce等（1997）认为Y染色体由大量的NRY（nonrecombining region of the human Y chromosome, 人类Y染色体非重组区）组成，其上的重复序列区富含基因，包含了大多数NRY的基因的转录单位。他们通过系统地寻找人类Y染色体上非重组区，克隆了12个新的基因或基因家族，

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并将它们定位在Y染色体上。这些基因编码同一类蛋白，并分散在NRY的常染色质区。这12个基因可分为两类：DBY、TB4Y、EIF1AY等5个基因在NRY内为单拷贝，具有类似的性质。每一个在X染色体上都有同源顺序，各编码一个相近的同功蛋白，在人类多个组织中都有表达。而CDY、BPY1、BPY2、TTY1等7个具有与前者完全不同的性质，仅在睾丸中表达，有多个拷贝。其中有一些基因可能编码DNA或RNA结合蛋白，包括两个小的蛋白BPY1和BPY2；两个假定的RNA结合蛋白RBM和DAZ（Reijo et al.，1995）,包含染色质决定子的CDY [一个染色质基序（motif）]。这些由Bruce等克隆的Y染色体上的特异基因为研究脊椎动物的性别决定机制和性染色体的进化提供了有用的工具。

二、性别决定和分化的信号传导途径

人类性别分化始于胚胎第4周，生殖嵴发育成包括皮质和髓质的未分化性腺。男性由髓质分化成睾丸，而皮质萎缩；女性由皮质分化成卵巢，而髓质萎缩。内生殖器起源于中肾管和副中肾管。男胚中肾管分化成精巢、输精管和副睾，副中肾管退化；女胚副中肾管发育成输卵管、子宫和阴道的前1/3部分，中肾管退化。小鼠性腺约在胚胎第10天开始发育，中肾增厚，第12天两性间出现形态差异，可辨雌雄。

研究表明，人SRY基因位于Yp11.3，含有一单个外显子，长850bp，在起始密码子的上游91bp处有一个主要的转录起始位点（Lovell-badge and Hacker ,1995）。SRY基因携带了一个DNA结合结构域HMG（high mobility group），是一个转录因子，通过与其它基因的结合来改变它们的表达。MarcoBianchi等发现SRY蛋白与DNA结合能引起DNA发生70度至80度的弯曲。MariusClove等也通过研究SRY区的HMG功能区和DNA之间的三维复合结构确证了这个结果（Marx ,1995）。SRY-HMG具有一个弯曲的L形结构，以?-螺

旋的凹面与DNA结合（图20-1）（Werner et

SRY-HMG al.,1995）。 SRY蛋白通过插入一无极性的侧链到DNA双螺旋的小沟，并与特殊的核苷酸顺序（5’-AACAATG）结合，干扰碱基堆积（Haqq

图20-1：SRY蛋白的HMG盒与DNA

et al., 1994），引起DNA弯曲，可能是使DNA

以凹面结合的模式图（Werner et

形成环状，将远距离的调节位点和启动子拉近，

al.,1995）

以便调节基因的表达。

小鼠的Sry也只有单个外显子，位于一个2.8 kb的单一序列的延伸部分，侧翼是一个至少15kb的反向重复序列。人类SRY和小鼠Sry的HMG 盒有71％的同源性，但在此区域的外侧无明显同源性。Sry在成年小鼠生殖细胞中表达为一个茎环状RNA，不和多核糖体相连，可能不翻译（Capel et al.,1993）；在鼠胚性腺中，表达为一长4.8kb的线状RNA，所用的启动子也与成年鼠不同。Giese等（1992）的研究表明，鼠的Sry基因和人类的SRY基因的HMG功能区结合DNA，并使DNA发生弯曲的性质不同。Sry基因识别更高特异

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的顺序（5’-CATTGTT），并与DNA的大沟紧密结合。Dubin等（1994）的实验表明小鼠Sry基因有一个DNA结合区和转录激活区。Sry活动在发育上的时间进程是严格的，大约在交配受孕后10.5～11天，Sry基因特异地在生殖嵴中启动（正好是两性间形态分化出现之前），12.5天关闭。因此，Sry基因的功能是启动睾丸分化而不是维持睾丸存在。 近年来又有一些有悖于SRY/Sry决定睾丸发育的报道，SRY基因的突变仅能解释25％的XY性逆转现象，这就意味着可能还有另外一些遗传因子介入了性别的分化。与SRY基因同样重要的是Zanaria等（1994）在DSS基因座（dosage-sensitive sex reveral，剂量敏感性性反转基因）区域内克隆的一个DAX-1（DSS-AHC critical region on the X chromosome , gene 1，X染色体DSS-AHC决定区基因1）基因，与先天肾上腺发育不全基因座（adrenal hypoplasia congenita，AHC）有关，编码核内激素受体超家族的一个成员, 雌性个体中具有两份拷贝，这表明DAX-1基因是卵巢发育所需的。Amanda等（1998）的研究表明，Dax-1的产物是与Sry的产物相互颉抗，Dax-1表达量的增加导致个体向雌性发育，而Sry活性的增加则引导个体向雄性发育。在小鼠中，Dax-1在受孕后11.5天时在生殖嵴中表达，但是在雌雄中表达水平相当，表明Dax-1对Sry的负调节发生在转录后水平。DAX-1能与SF-1形成异二聚体，它可能作为一种辅助抑制因子改变SF-1的性质使其不能激活其目的基因（Ito et al., 1997）。 Haqq等（1994）报道SRY蛋白与缪勒氏抑制基因（Mullerian inhibiting substance, MIS）的启动子结合并激活其表达。研究人员曾认为SRY最佳的下游候选靶基因为抗缪勒氏激素基因AMH（ antimullerian hormone gene，亦称MIS）（Marx, 1995），为转化生长因子β家族的一员，其主要功能是使雄性个体体内的缪勒氏管退化，阻止其发育成雌性生殖器。但SRY蛋白并不结合到AMH调节元件上，将SRY表达质粒和AMH报告基因共转染大鼠胚胎的性嵴细胞系中，表明SRY可以通过间接的方式诱导AMH表达（McElrearey et al. 1993）。 Duke’s Parker等（Marx 1995）的研究结果表明，另一转录因子编码甾类因子的基因SF-1（steroidogenicfactor 1，甾类生成因子1）可能是AMH基因的直接调控者，是激活AMH基因所必需的。在细胞转染实验中，SF1蛋白能与AMH基因的上游序列结合并促进其转录。SF-1属于核内激素受体超家族成员，结构与DAX-1相似，具有分离的配基结合区和DNA结合区，是肾上腺皮质和性腺中甾类合成酶系的一个调控因子。当剔除小鼠体内的SF-1基因时，小鼠缺乏肾上腺、性腺和下丘脑腹中核（Luo et al.,1994），提示SF1在Sry表达之前启动性腺和肾上腺的发育。Ingraham等的研究结果表明SF-1的适度表达需要SRY基因的存在。SF-1基因在性腺中的表达具有性别二态性。早期雌雄鼠胚均转录SF-1，但交配受孕后12天（两性间出现形态差异）时，雌性SF-1表达水平降低。Sry基因可能通过SF-1来激活AMH基因（Marx ,1995）。因此，SRY、SF-1和AMH依次作用决定哺乳动物的性别（图20-2）。

在SRY-ORF 5’端4.0kb处有一个790bp的CpG岛，可能是WT1（Wilms tumor gene，魏尔门瘤基因）基因的潜在识别位点，表明WT1可能在性别分化的早期参与SRY的激活（Marx,1995）。WT1编码一个转录因子，剔除该基因的小鼠也缺乏性腺，但它对性腺发育的影响可能从属于一个依赖SF1的途径（McElreavey,1995）。

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?DAX-1

生殖嵴

SF1,WT1

未分化的性腺

SRY,?Sox9

卵巢 膜细胞 卵泡细胞 卵泡 副中肾管 睾丸 足细胞

AMH

SF1

睾丸间 质细胞

SF1

睾酮

中肾管

雌性内雄性内生殖器 副中肾管 被抑制 生殖器

DHT 生殖结节尿殖窦

阴茎 前列腺

图20-2 哺乳动物性别决定中相关基因的功能。（自Marx, 1995）

位于17q24.1-25.1的SOX9（SRY box gene-9）基因的突变可造成严重的骨质形成异常（CD campornelic dysplasia）和46XY性反转，Schafer（1995）认为SOX9可能是一个转录因子，是哺乳动物性别决定通路的成员之一，与睾丸的决定相关。SOX9是一个常染色体基因，其开放阅读框内的失活突变或者上游（17q24-25）的易位均可致病。突变只存在一个等位基因，提示性反转可能与SOX9蛋白的剂量有关。但仍未确定SOX9作用于性别分化的哪一个环节。

近10年来产生了几种哺乳动物性别决定的模型，但多数未能完满的解释各种性反转的情况，而McElreavey等1993年提出的Z-基因模型，Bardoni等1994年提出的DSS-基因模型，Jimenez等1996年提出的模型（图20-3）是其中较好的几个。Jimenez等认为单拷贝的活性DSS能在正常的XX雌性中阻碍雄性发育途径（图20-3b），但在XY雄性中则受到SRY基因的作用失活（图20-3a）。

三、调控配子发生的相关基因

体细胞将随着个体生命的结束而消亡，生殖细胞却随着物种的繁衍而永存。因此，了解生殖细胞性别分化的意义更为深刻。但由于检测发生性逆转的生殖细胞没有检测发生性逆转的体细胞容易，目前对调控配子性别分化机制的认识还远不如体细胞的清晰。就已获得的资料看，二者是迥然不同的。与体细胞相比，生殖细胞的性别分化机制更为复杂一些。 在哺乳动物中，生殖细胞的性别表型不依赖于其本身的基因型，而是依赖于其周围性腺组织的性别表型。在小鼠中，大约在交配受孕后10～11天时生殖细胞迁移至生殖嵴，增殖2～3天后显示出性别差异。在卵巢中生殖细胞进入减数分裂，然后停止在第一次减数分

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裂的前期，而在睾丸中大约13天后生殖细胞停止在有丝分裂期，出生后继续增殖，直到以后才进入减数分裂。 (a) XY未分化的性腺

睾丸 雄性激素 雄性

MPGs SRY DSS (Y染色体) (X染色体)

FPGs (b) X未分化的性腺 卵巢 雌性 激素 雌性

MPGs FPGs MPGs DSS(失活的XDSS 染色体) (X染色体) ？

图20-3 哺乳动物性别决定和不同类型XX和XY性反转模型

MPGs：雄性途径基因；FPGs：雌性途径基因。（自Jimenez et al.,1996）

RBM（以含有RNA-binding-motif而命名）和DAZ/SPGY（Deleted in Azooepermia）是

位于Y染色体上的两个基因家族，均编码包含RNA结合结构域的RNA结合蛋白，是人类精子缺乏症因子（azoospermia factor, AZF）的候选基因（Reijo, et al.,1995）。研究结果表明，DAZ的缺失可从父亲传递给儿子（Nakahori , et al., 1996），但并不能证明RBM和DAZ是精子形成所必需的。在灵长目和类人猿中，DAZ/SPGY基因位于Y染色体上，但在其它哺乳动物中，以常染色体基因DAZLA的形式存在（Reijo et al., 1996）。 Matteo等（1997）的研究表明DAZLA蛋白与RBM蛋白不同，是生殖细胞的胞质蛋白，可能通过包装或定位mRNAs而参与翻译调控。RBM为核蛋白，其功能可能主要涉及在RNA剪接加工等过程之中。打断Dazla基因导致胚细胞完全缺乏配子产物，这表明Dazla基因是胚细胞分化所必需的，而且Dazla基因在胚胎或成人性腺中的功能不同。基因型为DazlaTm1Hgu/+的雄性小鼠产生的精子数量减少，而且多不正常，这表明Dazla蛋白的调控具有剂量效应。在小鼠雌雄两种性别中缺失Dazla基因，则胚细胞有丝分裂停止。Charles等（1996）的研究表明人类的DAZ基因与果蝇的boule基因同源，二者编码二个非常相近的含有一个RNA结合结构域的蛋白，且都仅在睾丸中表达。在果蝇中boule是精子形成所必需的（Eberhart and Wasserman ,1995），其功能丧失可导致精子缺乏综合症，减数分裂受阻。主要缺陷发生在G2/M转换期，而且boule基因在雄性生殖细胞的发育中具有剂量敏感性。这些结果支持了DAZ基因是人类的AZF的假说，并暗示boule和DAZ基因在果蝇和人类的精子形成过程中起重要作用，是减数分裂细胞周期调控的必需因子。boule和DAZ基因可能涉及mRNA的加工、定位或转录调控（Nagai et al ,1995）。

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第二节 果蝇的染色体性别决定

一、果蝇体细胞性别决定

本世纪初，一系列遗传学实验结果导致了“果蝇的性别由X染色体和常染色体数的比率（X:A）决定这一重要概念的确定，即X:A的比值形成了最初的个体性别决定信号。 在果蝇和大多数昆虫中，可以获得雌雄嵌合体，为研究X染色体和性别间的联系提供了一个完美典范。对这些雌雄嵌合体的研究发现，Y染色体在果蝇性别决定中无任何作用，仅是雄性可育的一必须因素，在精子形成过程中被激活。

由X:A信号启动的果蝇性别决定包括三个不同的性别分化过程：（1）体细胞的性别分化；（2）生殖细胞的性别决定；（3）剂量补偿。这三个过程有着各自的调控体系。

研究工作主要集中在性别分化所必须的基因的鉴定和它们在发育过程中的位置。突变分析表明，Sex-lethal（Sxl）、transformer（tra）和transformer-2（tra-2）基因的突变可使XX个体变成雄性，但这种突变对XY雄性个体无作用。Intersex（ix）基因的突变可使XX果蝇成为间性者；doublesex（dsx）在两种性别的分化过程中都起重要作用，dsx缺失则可使XX和XY个体都发育成间性（Belote et al., 1985a）。 这些基因在发育过程中位置的确定主要基于两方面：（1）对果蝇发生两个或更多突变导致的遗传交换的解释；（2）当完全缺失某一基因时，性别决定的变化。这些研究结果构建了如图20-4的调控级联模式。

二、Sxl基因——果蝇性别决定的枢纽

果蝇性别决定的第一阶段涉及X:A的比例信号。在体细胞性别决定体系中，X:A比例信号是通过性致死sex lethal（简称Sxl）基因起作用的。Sxl基因有早期PE和晚期PL两个启动子。X:A信号首先直接作用于Sxl基因的PE启动子，在雌性胚胎中启动Sxl的早期转录。对体细胞及其相应的剂量补偿过程来说，一旦这个遗传开关被确定，就不可逆地进入雌性或雄性发育模式，不再依赖于X:A比值的存在。Sxl基因的早期功能是XX胚胎启动雌性发育途径和维持两个X染色体适量转录水平所必需的。

Sx1基因PE启动子的最初激活就发生在合胞体囊胚形成期（受精后的2小时，合子核通过12～13次快速核分裂）（Salz et al., 1989），所以Sxl功能状态在雌性中的开启和维持需母性和合子型遗传因子的共同参与。 1．X:A信号的分子、分母因素

X:A是细胞自主的信号，为严格合子型，依作用的不同被分为“分子”和“分母”计数因素。所谓分子因素就是那些位于X染色体上的基因，增加它们的拷贝数会增大X:A的比率，激活Sxl，导向雌性化发育，而降低它们的拷贝数则会减少X:A的比值，使Sxl 无法激

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活而引起雄性化发育。分母因素指的是具有相反效应的一些常染色体基因。

X：A比率

XX XY

1：1 sis-a

da

sis-b

her

sis-c emc runt

gro dpn

Sxl

dsx

Tra 抑制 Tra-2

Msl 基因族

－连锁基因 X

雌性转录率

雌性专一Dsx蛋白 ix 雌性分 化基因 雌性表型

抑制 雄性分化基因

1：2 sis-a sis-b sis-c runt dpn

da her emc gro

dsx

Sxl无活性 Tra、tra-2无活性

Msl基因族

雄性专一Dsx蛋白

X－连锁基因

雄性分化基因 抑制

雄性表型 雌性分化基因

雄性转录率

图20-4 果蝇体细胞性别决定级联调控通路模式。（自Baker et al., 1987）

Cline（1988）认为sisterless-a（sis-a）和sisterless-b（sis-b）是主要的两个分子基因，是Sxl的正调控因子。改变两种性别中的sis基因数量，会使雌性缺乏应有的Sxl活性或者使雄

性不适当地激活Sxl。由于Sxl同时还控制着剂量补偿过程，由错误的X染色体转录水平所造成的功能性非整倍体将使个体存活降低甚至死亡。

另一个分子因素是runt（run）基因（Duffy and Gergen,1991），它的计数作用要比sis基因弱，在胚胎中的分布不均—，只在胚胎的中央区域影响Sxl的激活。所以run可能不是所有胚胎细胞的性别决定信号成份，或者Sxl的活性需要某些因素在胚胎中的不均一分布。

Daughterless（da）是一个多效应基因，参与多个发育过程，它的母本来源产物对Sxl的早期表达起着正调控作用。在卵发生时若无da活性，形成的卵在受精后无论其X染色体数量如何，均不能激活Sxl。缺乏da并不影响XY雄性个体，但对雌性个体是致命的，使2X个体因剂量不适而死亡。因此，受精后，sis-a、sis-b、runt和da使Sxl仅在雌性胚胎中转录激活（Cline, 1986; Cronmiller and Cline 1987; Duffy and Gergen, 1991）。另一个母本效应基因是extra macrochaetae（emc）。与da的作用相反，它是Sxl的一个负调控子，emc的突变对雄性有害。

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由于da和emc在性别决定中的作用是严格的母本效应，其合子拷贝数不影响合子的性别发育，况且da也不是X-连锁的，所以都不能被称为X:A中的分子或分母因素。无论是雄性还是雌性合子，它们都含有相等水平的母源的da和emc基因产物。这一特点表明它们不象分子因素，因为分子因素本身的启动就是性别信号的组成部分，但却与位于常染色体上的分母因素的情形很相似，均在两种性别中保持了恒定含量。

一个主要的分母因素是dead-pan（dpn）基因（Younger-Shepherd et al., 1992）。一个具有高比例的sis-b:dpn雄性个体会激活Sxl并致死；相反，具有低比例的sis-b:dpn雌性个体将无法激活Sxl并致死。这两种致死作用均与Sxl不适当的活性或非活性状态有关，但与是否带有母本来源的dpn多余拷贝无关。dpn的这种与分子因素相反，与Sxl活性相关的数量作用，以及它位于常染色体上的特点，表明了它是一个不折不扣的分母因素，只是其效应不及sis基因那么强。另一个分母因素是extra macrochaetae的基因（emc），亦为母本效应基因，其蛋白与da竞争Sxl启动子结合位点。与da的作用相反，它是Sxl的一个负调控子，emc的突变对雄性有害（Van Doren et al.,1991）。 对X:A信号因素的进一步筛选并不如意。在分子因素的寻找中，获得了siste -rless-a基因的一系列等位基因（Cline,1993），而在分母因素的筛选中只发现了七个不同强度的sis-a抑制子突变株。另外X染色体上的两个不同区域17A9-1O；17A12-B [Df(1)N19]和7D10; 7F12[Df(1)RA2] 对Sxl的活性也显示有作用，只是其中Df(1)RA2区域的作用是母本来源的。基于这些因素的作用实在太微弱，不足以担当分子或分母之名。

研究发现，缩短Sxl PE启动子上游的调控区域，会降低启动子对性别决定信号的敏感性（Keys et al., 1992）。参与这一过程的几个基因中，sis-a编码的蛋白含有锌指蛋白转录因子家族的基本结构域，RUN蛋白是属于一个新的能与DNA结合的异二聚体转录调控蛋白家族的成员；SIS-A、SIS-B、DPN和DA均为螺旋-环-螺旋（HLH）转录因子。分子和分母蛋白可能相互形成。假设分母蛋白可形成异二聚体阻碍激活子（SIS和DA）的作用（图20-5），那么X:A信号比例就是通过X编码的激活子和常染色体编码的抑制子对Sxl的启动子的竞争来测量的。

对整个果蝇个体来说，Sxl基因遗传开关的设定是相当精确的，那些Sxl表达状态与其X:A比率不符的细胞将在发育中呈生长不利而逐渐被清除。然而，Sxl最初的激活并不意味着“开”（on）状态的完全确立，其遗传功能的真正实现还需要在以后的发育过程中不断维持Sxl开/关的稳定状态。 2．Sxl功能的维持

Sxl的早期启动子PE仅在胚胎发育极早期的瞬间转录过程中起作用，此阶段的调控发生在转录水平（Keys et al., 1992），Sxl基因早期的转录和表达模式均为雌性专—。Sxl转录发生后不久，晚期启动子PL就被激活，Sxl就进入RNA剪接水平的调控。PL位于PE上游5kb处，在两种性别中均被激活，并贯穿于随后的发育过程，呈组成型转录模式。但对来自Sxl mRNA的cDNA的分析表明，因差异性RNA剪接，雌雄两性的Sxl mRNA并不相同（Bell et al., 1988），而且在雌性中，SXL蛋白可与自身的mRNA前体结合，并将其按雌性方式剪接成成熟mRNA，编码一个含354个氨基酸的蛋白，该蛋白与雌性特异的Sxl早期转录物的产

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物相同或相近，而在雄性中，由于缺乏最初的SXL蛋白，新的Sxl初级转录物按雄性方式进行剪接，雄性特异的转录物在48氨基酸后有一终止密码子（UGA），有差异的RNA剪接使该终止子包含入雄性特异mRNA中，从而产生一无功能的雄性Sxl RNA。在雄性中，通过剪接产生3个外显子，其中终止密码子位于中间外显子中，而在雌性中，RNA剪接只产生2 个外显子，而雄性特异的中间外显子作为一个大的内含子被剪接掉。

图20-5 雌雄两性中Sxl基因的不同激活方式

（A）：在具有两条X染色体和两套常染色体（XX:AA）的野生型果蝇中，分子转录因子亚单位（sis-a、

sis-b等）没有被来自常染色体基因（dpn）的抑制亚单位完全复合。这些分子因子激活Sxl基因的

早期启动子PE，产生的转录物自动剪切成雌性专一mRNA，编码有功能的SXL蛋白。最终，Sxl的组成型转录物从后期启动子PL开始转录。若已形成SXL蛋白（从早期转录中），Sxl前体mRNA就被剪切成有功能的雌性专一的信息。（B）：在具有一条X染色体和两套常染色体（XO:AA）的野生型果蝇中分子转录亚单位完全被分母亚单位所结合，且不能激活早期启动子。当Sxl基因从晚期启动子转录时，RNA剪接不能去除mRNA中的雄性专一外显子，而此外显子含一终止子，因此该信息编码一截

短的无功能的多肽（Keyes et al.,1992）。

所以SXL蛋白的表达模式始终是雌性专一的，只在雌性中，PL的转录物才被剪接成有功能的SXL蛋白的mRNA，由一个包括SXL蛋白（早期或晚期）的正反馈作用在内的自动调节机制所控制。

通过核苷酸顺序可预测雌性特异SXL蛋白的结构，该蛋白包含两个含90个氨基酸的RNA识别域（RRM），这是RNA结合蛋白的特点（如snRNPs）之一（Kenan et al., 1991）。

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体外研究也显示Sxl编码的RNA结合蛋白和两个靶目标结合：一是与Sxl mRNA前体直接作用，阻止利用雄性特异外显子的剪接位点，导至雌性发育途径；而另一个为转化子基因tra。

Sxl基因产物除了自我调控外，一个更重要的作用是调节下游的性别分化基因。在体细胞中，这些基因依次是transformer（tra）、transformer-2（tra-2）、doublesex（dsx）和intersex（ix）。

此外还有几个基因是雌性中Sxl正常表达的维持所需的，如female-lethal-2d [f1(2)d]基因（Granadino et al., 1992），它是一个母性效应基因，一旦发生突变，会影响Sxl晚期转录物的雌性化剪接。其它的还有liz [又称sans fille（snf）] 和virilizer（vir）基因（Salz et al., 1992; Hilfiker and Nothiger,1991），雌性中，这些基因中的任何一个突变都将使Sxl因不能维持其高水平表达而无法扮演它在雌性发育中的多重角色。 3．性别决定调控途径中的靶基因

位于dsx下游的是体细胞性别分化的末端基因，它们在两性中的差异表达导致了成虫果蝇性别二态性的确立。dsx对这些靶结构基因的调控被认为与转录调控有关（见第十五章）。果蝇中很多蛋白仅在一种性别中存在，如雌性中的卵黄蛋白和卵壳蛋白。 Coschigano和Wensink等（1993）的研究表明，dsx的雌雄两种转录物在卵黄蛋白基因127bp的增强子内有三个结合位点，雄性特异产物与这些位点结合，从而阻止卵黄蛋白的转录，而雌性特异蛋白通过与这些位点结合而激活转录。除了阻碍雌性特异基因产物和器官的产生，雄性DSX蛋白还可能促进雄性性巢的分化（Jursnich and Burtis 1993）。

性别决定基因的温度敏感型突变株有助于研究者了解特定耙基因对性别决定开关敏感的确切时间。当注入tra2基因的温度敏感等位基因（temperature-sensitive, ts）时，果蝇性别发育途径从幼虫晚期到成虫期都处于有活性状态。Tra2ts基因为温度敏感等位基因，在许可温度（低温）下表达雌性表型，而在非许可温度（高温）下表达雄性表型。在幼虫晚期和化蛹期，将温度从许可温度提升至非许可温度时，XX幼虫和蛹发育成雄性。当成虫突变体在低温饲养，成虫的脂肪体将生成卵黄蛋白，并进入卵子。而当此成虫突变体在高温下饲养，卵黄蛋白基因的表达将停止（Belote et al.,1985b）。另一个非常引人注意的发现是，当XX Tra2ts成体果蝇在非许可温度下保持几天，它们将表现出雄性的求爱行为（Belote and Baker, 1987）。

三、调控配子发生的相关基因

果蝇的配子发生是一个复杂而又精妙的多元调控体系，既受来自体细胞的多重诱导信号的影响，又被其自身的X:A信号所调控。有两个平行系统可决定配子的发生：诱导信号让XX生殖细胞进入卵发生或精子发生，而自主信号使XY生殖细胞雄性化（Steinmann-Zwicky, 1994）。 1．体细胞信号对配子发生的诱导作用

研究表明，体细胞诱导信号对生殖细胞的性别决定有重要影响。通过对tra、dsx等基

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因的各种突变型个体的生殖腺和生殖细胞的研究，可确定诱导信号的作用。在一龄幼虫期，XX雌性生殖细胞的性别正常分化需要tra和dsx控制的体细胞诱导信号的作用。体细胞的tra能够指导XX生殖细胞进入卵发生，体细胞的DSXF也是XX生殖细胞雌性化所需要的。XY生殖细胞对诱导信号也有反应。诱导信号虽然不能决定其进入雄性途径，但确立和维持精子的发生需要一个雄性化诱导信号的存在。

在生殖细胞中，Sxl也被性别专一地剪接，仅有雌性剪接物具有功能。体细胞来源的tra、tra-2或dsx可影响生殖细胞中Sxl的选择性剪接。 2．调控配子发生的等级途径

生殖细胞的Sxl在从极细胞迁移到三龄幼虫早期这段时间内被激活，其活性的维持需要snf、fi(2)d、vir和两个卵巢肿瘤基因ovo和otu的参与。Snf突变体的卵巢内充满象雄性的多细胞囊胚，Sxl mRNA前体以雄性方式剪接。抗SXL抗体的检测显示极少或没有SXL蛋白存在。Ovo或out纯合强突变的雌性成蝇没有生殖细胞，弱突变则引起卵巢肿瘤，卵巢中充满类似于早期精原细胞的未分化生殖细胞。同样，ovo或out突变的雌性卵巢内为雄性Sxl剪接产物，很少或没有SXL蛋白。体细胞的诱导信号和X:A的自主信号一起决定了生殖细胞的性别分化。

四、体细胞的剂量补偿

果蝇的体细胞存在类似哺乳动物的剂量补偿问题。哺乳动物是通过雌性胚胎体细胞中两条X染色体之一的随机失活来完成这一平衡过程的（见第十四章），但是果蝇体细胞的两条X染色体是同时被激活的，因此，它的剂量补偿可以通过降低雌性中X-连锁基因活性的负调控实现，也可以通过提高雄性X-连锁基因活性的正调控实现，那么究竟是哪一种剂量补偿方式呢?

X:A比例不仅启动果蝇体细胞性别决定，也是体细胞剂量补偿的起始信号。性致死Sxl基因，作为果蝇性别决定的枢纽，也是这一过程的开关调控者。但是在随后起作用的是另一套独立的调控基因，即被合称为msls的四个基因:maleless（mle）、male-specific lethal 1（msl-1）、male-specific lethal 2（msl-2）、maleless on the third-132 [mle(3)132]。其中mle、msl-1和mls-2均位于2号染色体上，mle(3)132在3号染色体上。参与体细胞性别分化的其它基因tra、tra2、dsx和ix对剂量补偿都没有影响（Kelley and Kuroda, 1995）。

在雌性体细胞中，msls突变无任何效应，表明雌性个体不需这些基因的产物。但对雄性来说，msls发生突变，雄性X-连锁基因的活性水平则低于正常值，此雄性突变体在幼虫晚期和蛹早期死亡。这些结果表明剂量补偿是通过一个提高雄性X-连锁基因的活性的正调控过程来完成的。在雌性中，X:A之比为1，Sxl基因被激活，从而msls处于非活性状态，X-连锁基因以基础水平转录；而在雄性中，因缺乏有功能的SXL蛋白，msls基因被激活，使X染色体高水平转录。

Msls基因通过促进雄性X-连锁基因的转录率来提高基因的表达量，其调控发生在转录

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水平。那么，msls又是如何调控雄性X-连锁基因的转录效率呢？当X-连锁基因易位到常染色体上，可依旧保持高转录活性，而且估计在这些基因的5’端和3’端存在着一些正调控区；而当常染色体基因易位到X染色体上，其结果不确定，有的基因仍保持原有活性，没表现出剂量补偿，有的基因却显示了存在一定的剂量补偿作用，可能是因为正好易位到X染色体上基因的正调控因子的作用之下。可见，这种转录调控作用是基因自身的特性而非X染色体的环境效应。可能每一个X-连锁基因除了含有调控自身表达时空顺序外，还有着它自己的剂量补偿调节序列。在雄性中，msls能激活这些序列而形成高水平转录，从而平衡雌雄两性的X-连锁基因产物的数量。研究发现所有msls的基因产物广泛结合在X染色体相同的位置上，表明它们可能一起通过识别剂量补偿调控序列，调节X-连锁基因的表达。在雄性中，被促进转录的X染色体可看到比雌性更膨松的结构，意味着多聚酶分子更容易进入，从而使它积聚了更高密度的RNA多聚酶分子及与X-连锁基因转录单元相关的其他转录调控因子，任何一个常染色体顺序若正好被易位到这样一个微环境中，就有可能获得增强的转录效率。

第三节 线虫的性别决定

线虫C.elegens通常有两种性别表型：雌雄同体和雄性。大多数个体为雌雄同体，同时具有精巢和卵巢，在幼虫期，产生精子并储存在生殖道中。而成虫产生卵子，当卵子进入子宫时就被储存的精子所受精。线虫的自体受精则产生更多的雌雄同体个体，仅有0.2%的后代为雄性。雄性个体能同雌雄同体个体交配，因其产生的精子比雌雄同体产生的内源性精子更具竞争力，这样交配产生的后代有高达50％的雄性个体（Hodgkin, 1985）。

在C.elegens中，XX为雌雄同体，XO为雄性。与果蝇中一样，性别由X染色体和常染色体的比值所决定。在C.elegens的相近种中，存在XX雌性个体，表明雌雄同体由雌性进化而来。雌性个体与雌雄同体线虫在体细胞水平上是相同的，唯一的区别在于雌雄同体线虫在其发育早期（在产生卵子之前）产生精子。在C.elegens中，甚至存在显性突变tra-1D，使XX或XO个体发育成不育的雌性。与果蝇类似，C.elegens的性别决定也涉及几个对X:A比例信号有反应的常染色体基因。调控线虫性别决定的大部分基因已被克隆，但其相互控制关系尚未明确。整合协调分子和分母因素的基因是XO-致死基因（xol-l），是线虫性别决定调控体系起始基因。在原肠胚期，高水平的XOL-l启动雄性发育，低水平则导致间性发育。XOL-l似乎通过抑制sdc基因1、2、3（性别决定控制和剂量补偿基因族，激活雌雄同体发育途径的基因）的活性来完成其功能。在X染色体上的一个区域可能含有计数元件，该区域两个拷贝则XO致死，一个拷贝则XX间性且发育不正常（Akerib,1994）。这显然是由于剂量补偿紊乱，而且这种效应作用于xol-1的上游。

C.elegens性别决定途径是通过发现雌雄同体所必需的基因（tra）和雄性表型表达所必需的基因（her和fem）的突变来发现的。通过生成携带不同突变组合的基因型，Hodgkin等（1980）构建了一个性别发育途径模型（图20-6）。

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XX 1.0 低 高 低 高 低 高 X:A 比率 xol-1 sdc-1 sdc-2 sdc-3 tra-2 tra-3 fem-1 fem-2 fem-3 雌雄同体

her1 tra-1 雄性

XO 0.5 高 低 高 低 高 低 图20-6 C.elegens体细胞性别决定图解

假定sdc-1基因涉及X：A比例信号的转换。若X：A为1，sdc基因抑制her-1基因的表达，并调控剂量补偿.高/低的标记反映了功能性基因的活性。Sdc基因的活性最终导致了tra-1基因的活性，促进雌雄同体表型的表达。在XO雄性中，xol-1被激活，并抑制scd的活性。（仿Hodgkin,1985;Miller et al,1988）

但是，这个线性遗传途径是如何对应于实际的细胞学事件的呢？her-1位于sdc下游，其启动子上有一个受sdc负调节的位点。Her-1编码一个分泌蛋白（HER-1），其下游基因是tra-2，编码一个具有多个穿膜域的整合膜蛋白。HER-1可能是TRA-2的配体，这可以解释线虫性别决定的非自主性。下游的fem基因位于tra-2和tra-1之间，可能具有把信号从tra-2（细胞膜）传递到tra-1（细胞核）的功能。Tra-1似乎是性别决定途径中最关键的基因。若tra-1基因有活性，则该个体为雌雄同体；若无活性，则发育成雄性。而其他基因似乎是调节这唯一的开关基因的。Tra-1按细胞自主的方式作用，因此可能是信号接收器的一部分。Tra-1的核苷酸顺序表明它编码一锌指转录因子。TRA-1蛋白有两种：一种含有五个锌指，一种只有起始两个锌指的截短蛋白（Zarkower et al.,1992）。在体外实验中只有大蛋白能与DNA结合，可能是通过它调节更下游的基因。小蛋白是抑制TRA-1的滴定因子，作用位点是TRA-1 N-端有一小段氨基酸链（de Bon M et al., 1995）， FEM作用于此处从而抑制tra-1的。Kuwabara和Kimble（1992）最近提出了一个综合了性别决定的细胞生物学和遗传途径的模型。认为HER-1蛋白通过抑制TRA-2来促进XO个体向雄性发育。根据这个假定的模型，FEM蛋白结合在一起产生一个大的FEM蛋白复合体，并与TRA-2膜蛋白结合。在XX个体中，FEM蛋白复合体结合在膜上，从而TRA-1蛋白进入核内；在XO个体中，HER-1蛋白与TRA-2蛋白的胞外区结合，使TRA-2蛋白释放FEM蛋白复合体。而FEM复合体在胞质一旦呈游离状态，就与TRA-1蛋白（一假定的转录因子）结合并阻止其进入核内，从而不能激活雌雄同体特异基因（图20-7）。

Tra-1的下游功能还不明确。可能Lin-32是它的一个靶基因。Lin-32是线虫交配器上起外周感觉作用的鳍刺发生所需要的基因之一。Lin-32启动子区有一个潜在的TRA-1结合位点。lin-32的异位表达超越了级联的控制，导致间性体异位形成鳍刺前体，提示lin-32位于tra-1下游。

华丽新小杆线虫的剂量补偿机制是降低XX间性个体X-连锁基因的表达水平。共有dpy-21、26、27、28、30五个基因参与剂量补偿。在XX个体中，sdc基因激活剂量补偿。可能是DPY-27蛋白改变X染色体的高级结构（Chuang et al., 1994），而它与X染色体的结合需要野生型sdc-2、sdc-3和dpy-30的参与。Sdc-2仅在间性体中表达，所以SDC-2蛋白可

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能是使DPY-27与X染色体结合的性别特异因子。SDC-3蛋白含有一对锌指结构，也与X染色体结合。

XX雌雄同体 TRA-2

XO雄性 TRA-2 HER-1

FEM TRA-1 细胞质

FEM TRA-1

细胞核 图20-7 假设的C.elegens性别决定基因相互作用简图

在XX个体中，FEM蛋白复合体因与TRA－2蛋白结合而退隐至细胞膜处，而由于胞质中缺乏FEM 复合体，TRA-1蛋白进入核内，从而转录雌雄同体发育所需的基因。在XO个体中，HER-1蛋白与使TRA-2释放FEM复合体，游离的FEM复合体与TRA-1蛋白结合，阻止其进入核内。

TRA－2结合，

第四节 鱼类的雌雄同体和性逆转

一、雌雄同体和性逆转

既然在蠕虫和昆虫中雌雄同体都不常见，在脊椎动物中就更罕见了。在鸟类和哺乳类，雌雄同体是病态的且不育。脊椎动物中大多数雌雄同体动物存在于鱼类，并分为三种类型。一种为雌雄同熟，一种为雌性先熟，一种为雄性先熟。

在鱼类中还存在着性逆转现象。识别性逆转的最有力的手段是直接观察已确定的个体，如起始为雄性，后来转变为产卵的雌性。当雌雄个体在外部形态和颜色上有明显差异时，就提供了性逆转的可信的证据。另一个用于鉴别性逆转的手段是通过对确定性别的个体进行系统的活组织检查。例如精巢中存在卵巢腔是性逆转的有力证据。在实验室中常利用社会系统改变导致性逆转的研究方法来判断一个种类的性逆转，或分析引起性逆转的社会原因，如许多珊瑚礁鱼类可在实验室中建立雌:雄为1:1（单配组）体系和多配组体系（Shapiro,1980）。

早在40多年前，就有了个体大小决定性逆转的说法，且今天仍有人坚持（Jones,1980;

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Warner, 1975）,但并没有实验证据表明在恒定条件下个体达到某个特殊年龄和大小时就发生性逆转。然而，野外和实验室观察表明，有17种鱼的性逆转是由社会因素或行为因素引起的（Eckert, 1985）。但这观点并不适用于所有种类。

性逆转发生以后，其配子细胞可能有两个来源。第一，在原始性别发育期间，有一个静止的两种生殖细胞的潜在库。性逆转时，潜在库就开始产生适宜的生殖细胞。第二，在早期发育中可能产生了两套分化的细胞，这两种细胞在第一成体性别期间一直保持着，当第二套分化的细胞扩散到整个性腺时，就发生性逆转。无论是第一种情况的快速分化和增殖，还是第二种情况的已分化细胞的简单增殖，都可由外界因素对配子细胞施加影响而诱导产生。研究者们都集中于探讨外来的影响。

二、一个独特的性别决定机制研究体系——雌核发育银鲫

理想的研究系统是科学发展的关键，尤其是在生命科学中，许多领域的发展往往总与一些模式物种相关。果蝇与基因论的联系、爪蟾与发育的关联、小鼠与基因转移的发展，都是科学史上有口皆碑的事实。幸运的是，在我们从事鱼类遗传育种研究中，也寻找到一种特殊的对象，并由此进行了近20年的研究，取得了一系列新发现和新认识。这一对象就是具有天然雌核发育这一特殊生殖方式的银鲫（Carassius auratus gibelio）（桂建芳，1997）。 自1932年美国鱼类学家Hubbs发现第一种雌核发育单性鱼Poecilia formosa至今，在包括鱼类、两栖类和爬行类在内的脊椎动物中已鉴别出了50多个单性物种。这些单性动物有三种不同的生殖方式，即孤雌生殖（parthenogenesis）、雌核发育（gynogenesis）和杂种生殖（hybridogenesis）。20世纪70年代末80年代初，鱼类遗传育种和细胞遗传学的兴起，使我国学者在我国的鱼类中也寻找到一种特殊的对象——银鲫。

银鲫是鲫鱼大家族中的一员，但与具有100条染色体的普通鲫鱼明显不同，其染色体数为156或162，是天然三倍体。有趣的是，它与其它单性物种明显不同，在其自然种群和人工自交繁育群体中，雄性银鲫约占5％～20％，为三倍体两性种群。当其卵子用其他鱼类的精子授精时，其后代全为雌性。受精生物学研究显示其生殖方式为雌核发育。蒋一珪等（1983）在揭示这一特殊生殖方式的基础上，用兴国红鲤的精子刺激银鲫卵雌核发育，不但获得了全雌子代，而且进一步发现了促生长效应，培育出来的异育银鲫很快在全国推广养殖，导致了鲫鱼养殖业的迅速发展，并由此开拓了雌核发育鱼类的育种实践。 单性物种始终是性别进化研究争论的焦点之一。绝大多数哺乳类和鸟类等高等脊椎动物行有性生殖，而在爬行类、两栖类和鱼类等低等脊椎动物中，行有性生殖或无性生殖，但不同时具备两种生殖方式。在多年的研究和育种实践中，我们发现，银鲫同时具有两种生殖方式，即雌核发育和两性生殖。当用异源精子与银鲫卵子受精时，精核不解凝，呈固缩状态，仅刺激银鲫卵雌核发育，所获后代全为雌性，此过程为典型的雌核发育。单用同源精子与银鲫卵子受精时，进入的精核可解凝成雄性原核，而且雄性原核可与雌性原核结合，所获得的后代中有一定的雄性个体，这个过程类似于两性生殖。银鲫的这些特性使得其在脊椎动物进化上位于单性和两性的过渡阶段，它将有助于银鲫进化生物学上许多问题，如非必需基因、

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性别的起源与进化和遗传重组等等。

第五节 环境因子与性别决定

在低等脊椎动物中，性别决定与分化受环境因素的影响较大，影响因素有温度、光照、PH值、离子强度、食物供给、外源激素及动物群体行为等。

David等（1981）的实验数据表明：银鱼汉属中的Atlantic silverside Menidia menidia的性别决定，在其幼虫完全变态之前的发育时期，受到遗传和依赖温度的环境因子的调控，且不同母本的后代的性比率差异显著，对温度的反应也不相同，这意味着雌雄异体的鱼的性比率可能受到环境因子的影响。采用药饵投喂或浸浴幼鱼的方法，可利用性激素诱导改变鱼类的生理性别，现已在金鱼、罗非鱼、鲤鱼、虹鳟等鱼类中获得成功。Strussmann等（1996）用20～0mg/kg的Estradio(-1)-?为饵料投喂28～105天的Pejerrey Ondontesthes bonariensis，产生100％的雌性个体。Komen等（1995）应用 11-keto -andros-tenedione诱导普通鲤，不仅使生殖细胞发生性逆转，而且使内分泌也发生性逆转。Pelricachromis和Apistogramma在碱性水中孵化，其性别比率强烈地偏向雌性，而在酸性水中，偏向雄性（Rubin, 1984）。Gosh等（1997）注射0.1、0.5、1.0mg的睾酮丙酸酯到培育7天的小鸡胚胎，发现其后代比率强烈地偏向雄性。

孵化温度可以决定某些爬行动物的性别。在大多数龟和鳄鱼中，受精卵发育的一段特定时期，温度是性别分化的决定因子（Bull,1980），而且温度的微小改变也会引起性率的剧烈改变。通常，卵在低温（22～27℃）孵化，产生一种性别，而在较高温度（30℃或更高）下孵化则产生另一性别的后代。同一批卵仅在一非常狭窄的温度范围内孵化可同时产生雌雄两种后代。判定决定性别分化的发育时期可以通过将卵在产生雄性的温度下培育一段时间再转入产生雌性的温度下培育来进行研究，在Emys中，发育的倒数第三个时期似乎是性别决定的最关键的时期。龟在这个时期后将不再逆转其性别。Ferguson 和Joanen在实验室和野外条件下都研究了Mississippi鳄的性别决定。研究表明，在孵化的7至21天是性别分化的决定时期。卵在30℃或更低温度孵化产生雌性鳄鱼，而在34℃或更高则全产生雄性后代。而且，其巢建筑在土堤上（接近34℃）产生雄性后代；建筑在湿沼泽地（接近30℃）产生雌性后代。

蠕虫Bonellia viridis 和Crepidula fornicata的性别依赖于其幼虫的生长环境。雌性Bonellia是附着在海洋岩石上的生物，大约长10厘米，具有一个可延伸至1米长的吻突（proboscis）。吻突具有两个功能，一是将食物从岩石上扫入其消化道中，二是将幼虫产在其上，并由此进入雌性口中，迁移至子宫，并长成1～3毫米长的雄性。因此，当幼虫附着在岩石表面，发育为雌性；但当相同的幼虫附着在雌性的吻突上，则发育成雄性。雄性个体终生生活在雌性个体身上，为其卵授精。Baltzer（1914）发现，当幼虫在无雌性成虫的环境中养育，大约90％的幼虫发育成雌性；而当这些幼虫在有雌性成虫时，70％的个体附着在吻突上，发育为雄性结构。幼虫雄性化的分子研究可以通过抽提雌性的吻突来进行。当幼虫在无雌性成虫的正常海水中发育，大多数个体发育成雌性。当在含有吻突组织抽提

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液的海水中生长时，大多数个体发育成雄性或间性体（Nowinski,1934; Agius,1979）。 从上述的实例可知，环境因子是决定某些低等脊椎动物性别的关键。在这些动物中，雌性和雄性在遗传上没有区别，环境信号启动基因的表达不同，从而影响动物的性别。

第六节 性别及性染色体的进化

一、调控性别的遗传途径及其进化

在动物界，存在有性生殖和无性生殖两种主要的生殖方式。绝大多数动物行有性生殖，但有性生殖似乎得不偿失。对生物而言，性别常常意味着需要花大量的精力去寻找配偶，并与之交配。对细胞而言，雌雄基因组必须重组，并不能发生任何重大错误；配子发生和谐的融合，而且维持种间的障碍。对每一步而言，为了使整个种获利，不同性别的利益冲突必须精确地协商。

有性生殖占主导地位，这促使研究人员去探讨性别能提供什么样的进化优势。关于这个问题的争论依然很热烈，主要集中在两个主题上：第一，为什么最初进化出性别？为什么性别在自然界普遍存在？第二，这些复杂的性别系统是如何进化而来的（Pamela and Elizabeth ,1998）？

在20世纪的前半个世纪，细胞遗传学的研究表明，性染色体在动物种间，甚至非常相近的种间存在着变异，这意味着性染色体进化较快。而且，此后的遗传学研究表明，即使在一些染色体明显相同的种间，性别决定机制也显著不同，这就进一步加宽了性别决定机制潜在的变异性。甚至鉴定出了性别决定机制在种内的差异。例如，在“标准”株Musca domestica家蝇，性别决定由雄性化Y-连锁基因（M）控制，性染色体为XY:XX；而在该种的自然群体中，雌雄个体的染色体不能区分，因此认为在这些株的雄性个体中，M是常染色体性的；而在另一些群体中，常染色体的M因子在雌雄个体间是同源的。由于雌性个体携带有一个显性雌性决定基因（FD），能抑制M的存在，单性就不存在。相同地，在木旅鼠Myopus schisticolor 中存在XY正常雄性、XX正常雌性和有一个Y染色体的雌性（X*Y雌性）。通常，在哺乳动物中，雄性是由Y-连锁基因Sry决定的。在Myopus中，尽管X*Y雌性的Y染色体上携带了一个正常的Sry基因，但由于X*染色体能克服Y染色体的雄性化效应，因此依然向雌性方向发育。而在该物种的相近种中并没有发现相似的多态性，因此这又是性别决定进化迅速的另一证据。

这些证据导致了传统观念的形成：调控性别决定的遗传系统可能缺乏其它基本发育途径所涉及的“相当古老”的遗传机制，即在寒武纪（530百万年前）分歧直到最近，来自分子遗传学的证据依然支持此观点。例如，线虫和果蝇决定体细胞性别分化的原初信号和大多数下游基因完全不同，哺乳动物又具有不相关的第三套基因。

然而，最近的研究表明，在哺乳动物和果蝇中鉴定的性别决定基因相当古老。而且，不管线虫和果蝇的主要性别决定机制存在很大不同，它们调控性别决定的一些下游基因在

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功能上是相似的。

在仔细研究这些数据之前，理解两个种间基因在功能上相似的不同类型的分子遗传证据的局限性，是至关重要的。至少需要的一个重要证据是找到两个相关基因。如果两个基因是定向进化同源基因，而且它们的产物在今天仍然履行相同的生物学反应，但是在亲缘关系较远的生物之间，它们的生物学功能并不相关，更进一步的分析是对定向进化同源基因的生物学功能的保守性的非直接检验：一个基因在一个物种中是如何工作的信息常常用于研究它在另一个物种中的功能保守性。对性别决定而言，最简单的验证是一个基因在一个物种中产生性别专一的产物，是否在另一个物种中也显示相似的性别专一表达模式。第三级的分析涉及功能保守性的直接验证。理论上，此类分析必须通过阐明这些基因在同源的遗传途径上具有相似的功能来完成。但是这样的数据在模式生物外获得是非常困难的。因此，一个常用的捷径是验证在一个物种中，一个特殊的突变是否能由另一个物种的定向进化同源基因来补偿。

对哺乳动物包括有袋类的Sry基因进行研究，表明以Sry为基础的性别决定系统至少已存在了1.3亿年。尽管在鸟类和爬行类中并没有检测到性别特异的Sry相关顺序，但是另一个与性别决定有关的常染色体基因Sox9在鱼类到哺乳类中都是高度保守的。Sox9编码一个SRY相同家族的DNA结合蛋白，在哺乳动物中位于Sry的调控之下，可能是性别决定机构中的一个祖先基因。

对果蝇(D. melanogaster)而言，性致死基因Sxl位于级联调控途径的顶端，其下游三个功能基因（tra、tra-2和dsx）和一个激活Sxl的基因 sis-a在果蝇其他种内具有相似的的作用。这些基因在其亲缘关系较远的种D.virilis中都已被克隆（melanogaster和 virilis大约在60百万年前分歧）。在melanogaster和 virilis中分别克隆到的这些基因在结构和功能上是等同的。在virilis中克隆的基因 tra和tra-2能补偿melanogaster中tra和tra-2的突变，而virilis的基因sis-a对melanogaster仅能部分补偿。在果蝇中报道的唯一差别是：尽管SXL蛋白仅在melanogaster的雌性个体中检测到，但在virilis和其他相近种内的雌雄个体中都检测到SXL同工酶的存在。这些证据表明，在果蝇中，雄性个体缺乏SXL蛋白可能是较原始的状态，在一些特例中，SXL蛋白在雄性中表达与性别决定无关。

Sxl、dsx和tra-2三个基因在核酸序列上是保守的。有趣的是，在其他非果蝇的双翅目昆虫中，Sxl在两种性别中都表达，这表明Sxl在这些种内的体细胞性别决定中不起作用。事实上，在Megaselia scalaris中，Sxl的转录物仅在成体的卵巢和精巢中检测到。在人和小鼠中克隆了几个tra-2相关基因，其中一个能弥补转基因果蝇中的tra-2突变。但是这些基因在哺乳类性别决定中是否具有定向进化功能尚不清楚。

Dsx在性别决定中较原始。在Bactrocera tryoni 中克隆到一个dsx的同源基因，与果蝇中的dsx的结构、性别专一表达模式非常相似。在更远的种Megaselia scalaris中，也检测到性别专一的dsx RNAs的存在。而且，线虫雄性个体存在的性别决定调控途径中的最下游基因mab-3，也包含一个dsx相关锌指结构域。非常有趣的是，果蝇中表达雄性专一蛋白的同工型蛋白的dsx cDNA克隆能弥补线虫中mab-3的突变表型，而编码雌性DSX同工型蛋白的转基因不能弥补mab-3表型。因此，dsx在性别决定中的相关功能在从蠕虫到果蝇中都非常保守，大约有好几亿年。

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尽管这些数据是有限的，但依然提供了调控性别的遗传途径是如何进化的线索。首先，在调控性别决定的基因中至少有一部分基因改变得非常缓慢。对果蝇的分析表明性别决定由相同的级联途径调控至少存在6千万年，在这一途径中，部分（如dsx和tra-2）基因可能存在了更长时间。在脊椎动物中也是如此。Sry与性别有关至少已存在1.3亿年，Sox9可能更长。第二，尽管位于途径中顶端位置的基因（Sry和Sxl）在较近的年代与性别决定有关，但是至少有一部分下游基因（Sox9和dsx）似乎在更长远的年代与性别决定有关（Ignacio and Bruce ,1998）。

二、性别决定发生改变的节律

有许多理论和实验去研究性别决定突变是如何固定在自然种群中的。从这些研究中可以得出三个结论：第一，不是所有的改变都是平等的。每一种改变的频率高度依赖性别决定的遗传结构基础。第二，在许多种中，最初的性别决定机制与性别的二态性紧密连系在一起，而这种二态性通常与性染色体所携带的基因的不同相关。异型染色体的存在极大地影响了性别的改变。第三，性别决定的转换有一些有利的方面。

除去所有的内在因子（遗传结构和异型染色体的存在），同样也有一些外在的因子影响性别决定变异固定下来的可能性。考虑到对性别决定基因的选择压力，产生了一个值得讨论的问题：包括Sry、Tra、Tra-1和Tra-2在内的性别决定基因以较快的速度进化。曾有人认为性别决定基因的快速进化与正向选择压力有关。比较Sry不同种的序列，发现存在过量的非同义置换，认为是正向选择的结果。但这些证据是非结论性的。这些过量的非同义置换集中在SRY蛋白的末端区域，远离进化保守的DNA结合DNA的HMG。而且在一组亲缘关系很近的有袋类动物中没有检测到这种过量的非同义改变。核酸置换的方式可作如下解释：（1）末端区域的进化缺乏抑制；（2）由于Y染色体缺乏重组，对其它基因的偶然选择就对Sry基因加了一个连接升起作用（hitchhiking effect）。包含果蝇tra基因的区域具有低水平的多态性，而与其它基因比较又具有高水平的变异位点。这证明选择压力亦作用于Tra基因。

一般认为，异形性染色体是由原始的同源染色体演变而来，异配性别的两条性染色体只有在保持隔离的情形下，相对的性别决定才能积累在原始的性染色体上。隔离是性染色体分化的一个重要条件。隔离可能来自XY或ZW之间的同源片段的缺失、重复、倒位等局部变化（Ohno,1967）。

Ryner（1995）提出，从原始的雌雄同体进化到雌雄异体的关键涉及两步突变：雄性不育突变使雌雄同体转变为雌性；雌性不育突变使雌雄同体转变为雄性。假设一个原初的隐性雄性不育突变，为防止交换而在其非常近的连锁位点上会发生一些雌性不育突变。这一系列的突变将产生携带雌性可育、雄性不育基因的原始X染色体和携带雌性不育、雄性可育基因的原始Y染色体。对两性差异的选择将导致在原始X、Y染色体之间一个较宽的区域内遗传物质的交换减少。而缺乏交换将在Y染色体上积聚有害突变、转座因子、串连重复DNA。在许多无脊椎动物和脊椎动物中，染色体结构上的微小变化也会导致性染色体间

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DNA顺序在组织上有很大的不同（Delin,1991），从而使Y染色体与X染色体不同，除了性别特异的功能外，Y染色体累进地丢失有功能的序列，而其它遗传物质是惰性的。人和小鼠之间某些基因在X染色体失活状态和X-Y同源性上的差异可能是这一进化过程的残余。Y染色体上有害物质的积累是一个随机过程（Muller’s ratchet）或通过与有利的Y连锁的突变等位基因的结合而扩展开来（hitchniking model）。在异配生殖中，与Y染色体相比，X染色体上与性别无关的区域的活性相对于Y染色体而言增加了，因此必需进化出一个剂量补偿系统。Rice（1992）的实验结果表明，雌雄个体选择不同的发育方向，可能迅速在Y染色体上积聚有害于同配性别的基因。

尽管在不同的分类群有着独立的起源，构成染色体水平上的性别决定的分子机制的性质是大致相同的。比如，在大多数脊椎动物中，Y或W染色体的大小减小，仅保留极少数结构基因，含有大部分异染色质，且在中期核中具有特殊的染色特性，在减数分裂中不仅在整个S期，Y或W染色体后复制，而且因此限制了与X、Z染色体的交换而使它们被隔离（Jablonka and Lamb,1990） 。

鱼类在脊椎动物的系统演化中处于承先启后的地位，把握着揭开包括人类在内的所有脊椎动物进化奥秘的关键。鱼类的性染色体的分化处在不同的时期，其进化以极其多样的方式进行。Charleworth（1991）发现Poecillid性染色体并没有上述性质，而与常染色体类似，携带了许多功能基因。因此认为它们处在性染色体分化的最原始时期。Nanda（1990）通过比较许多种类的核型，发现guppy的Y染色体在某些方面处在较高等的进化阶段，如积累了大量的简单重复顺序，但Y染色体上仍有许多基因，部分异染色质化，形态与X染色体类似，中期核无有丝分裂浓缩，因此guppy的Y染色体仍处在一个原始阶段。比较鱼类和两栖类的同型性染色体和高等脊椎动物的异型性染色体，认为guppy的Y染色体代表着进化的中期阶段。

鸟类的Z染色体与哺乳动物的X染色体具有不同的基因，表明它们在进化过程中具有不同的起始遗传物质（Dominguez-Steglich et al.,1992）。

Graves（1995）等讨论了有袋类和单孔类动物的性染色体进化的过程，为脊椎动物的进化机制提供了有用的信息。在这些动物中，X、Y染色体具有高度的同源性，这与性染色体由一对同源染色体进化而来的假说相一致；在有袋类动物中，仅失活父源的X染色体，可能是真兽类X染色体随机失活的一种中间过渡状态。有袋类动物和人类在X染色体长臂和短臂近端部分位点的保守性，表明祖先X染色体也存在着这些位点。相反，在人类X染色体短臂上（包括拟常染色区或X、Y重组配对区），定位了有袋类和单孔类动物的两个常染色体基因族。这表明X染色体的短臂的大部分来自于常染色体向祖先X染色体的易位。在有袋类的Y染色体上发现了Sry基因的同源序列，而在单孔类尚未发现类似序列，这表明SRY基因起源较晚。与真兽类相比，有袋类的SRY基因在多种组织中广泛表达，这可能反映了SRY祖先基因的表达方式。SOX3基因的核苷酸顺序与Sry最接近，并且在有袋类和单孔类都是Y连锁的，可能是Sry的祖先基因，但其可能不直接参与性别决定。同样，Toder（1997）等的研究表明，正如性染色体进化的addition-attrition假说，真兽类和有袋类的祖先性染色体独立地发生了染色体片段的添加。

Nathan（1996）提出了哺乳动物的性染色体进化假说。原始X、Y染色体为常染色体，

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性别由环境因子或基因（与现今的性别调控基因座位不同）调控。图20-8所示的基因SOX3和SST（sexual selected trait，性别选择特性基因），分别为可能的性别决定基因和性别选择基因。SOX3是一个已知的位于哺乳动物X染色体上的基因，SST基因目前是理论上的。最初，SOX3和SST的两个等位基因在功能上是一致的（图20-8a）。在进化过程中，一个原始性染色体上SOX3基因发生突变，从而具有睾丸决定的功能，最终由SOX3进化为现在的SRY基因。含有SRY基因的性染色体被定义为Y染色体（右边），而含有SOX3基因的被定义为X染色体（左边），SRY/ SOX3的个体为雄性，SOX3/ SOX3的个体为雌性。在这个阶段，没有选择压力促使性染色体分化（图20-8b）。Y染色体上的第二个位点SST突变为SSTM（sexual selected trait in males，雄性性别选择特性基因）有利于雄性个体携带，并扩展到整个种群中。SRY和SSTM重组获得的重组体不具备这种优势而不能扩展（图20-8c）。由X染色体突变产生Xist基因，通过雄性减数分裂过程中浓缩未成熟性染色体来抑制SRY和SSTM间发生重组，以稳定Y染色体上SRY和SSTM间有利的排列（图20-8d）。在Muller’s ratchet的作用下，Y染色体开始积聚突变（图上由*表示），且因倒位等因素抑制重组（图20-8e）。当Y染色体积聚突变时，X染色体上基因的活性互补性增加，以补偿Y染色体上基因活性的丧失，XIST基因的活性适应了X染色体失活的功能，以平衡雌雄个体间X-连锁基因的表达水平；Y染色体上大块（block）基因缺失，获得大面积异染色质。原始SSTM基因可能被丢失，而获得新的雄性有利突变。而且通过添加染色体片段等方式Y染色体获得新的基因，即PAR（Pseudo- autosomal regions，拟常染色质区），这些添加的基因在进化中可能渗入到Y特异区域而获得新的功能（图20-8f）。

SST SOX3 SST SOX3 SST SOX3 SST SRY SST SOX3 SSTM SRY (a) (b) (c)

PAR

PAR SRY

SST SST SOX3 SSTM SRY

SST XIST SOX3

SSTM SRY

SST XIST SOX3 SSTM (d) (e) (f) 图20-8 哺乳动物性染色体进化假说（自Nathan,1996）

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Bruce等（1997）假设Y染色体上非重组区的进化也由两步策略决定：第一步有利于保守特定的X-Y基因对（gene pairs），这些基因在雌雄个体中用以维持管家基因的表达。X、Y染色体由常染色体进化而来，在新生的X染色体上仍保留着大多数祖先基因的功能，但随着Y染色体的出现，NRY的基因却衰退了（Rice,1996）。通过雌性个体中一个X染色体的失活，或位于NRY并与X染色体同源的基因编码与X染色体编码的非常类似的同功蛋白，在功能上可以互换从而达到剂量平衡（Watanabe,1993）。第二步通过选择性的保留或扩增获得有利于Y染色体上睾丸特异基因家族。Fisher（1931）认为选择压力有利于基因组中雄性特异基因的积聚。NRY区作为哺乳动物基因组中唯一的雄性特异区域，在进化中，它仅具有积聚雄性有利基因的趋势。比如DAZ、RBM和TSPY基因家族均在进化的最初阶段从常染色体上转位和扩增到Y染色体上（Saxena et al.,1996）。Bruce等推测选择压力有利于NRY的保留和扩增雄性特异基因。大多数NRY基因的转录单位是睾丸特异基因家族的成员，因此推测大多数NRY基因的转录单位并不是从与X染色体所具有的共同祖先处得到，而是在后期获得。

Nabih等（1997）通过原位RT-PCR技术研究表明，Xist RNA在XY小体中浓缩，并与雌性体细胞中一个X染色体的失活相联系（Clemson et al.,1996），这有力地支持了Richler（1992）提出的雌雄个体具有类似的X失活的分子机制。同时，Nabih提出了X染色体失活的进化假说（图20-9）：在进化过程中，雄性个体X染色体的浓缩发生在雌性个体一个X染色体失活之前，而且二者都应用了Xist-激活机制。异型性染色体的进化导致了雄性个体中不配对染色体片段的出现（图20-9a,b），不利于性染色体间有害交换的发生和非同源配对。在发生减数分裂的细胞中富含诸如核酸酶等因子，由于不配对染色体暴露在这些因子的作用下，可能受到损坏（Cao et al., 1990）。假设为了减少这些潜在的有害效应，选择了一种染色质浓缩机制，产生X染色体的兼性异染色质（图20-9c），极大地阻碍了酶的作用（Richler et al., 1994）。X染色体的保护性浓缩由Xist RNA所介导，其表达受X失活中心调控。雄性个体在减数分裂过程中X染色体浓缩的一个不可避免的结果是在常染色体广泛表达的间隔内X连锁基因的失活。性染色体的异形性，不论其起源方式，都需产生剂量补偿系统以平衡雌雄间X连锁基因的剂量。现已提出了几种剂量补偿机制（Hodgkin ,1992; Charesworth,1996）。在雌性哺乳动物中，通过浓缩而失活，很可能是通过在雄性个体中所获得的Xist RNA机制的补充形式来完成（图20-9c,d）。有趣的是，在精子形成过程中Xist基因的甲基化方式与雌性外源胚胎组织X染色体非随机部分失活一致（Ariel 1995）。XY小体中失活X和Y染色体的结合特性及巴氏小体中失活X染色体的特性在两种性别中可能是由相同的分子机制作用（Walker,1991; Armstrong et al., 1994）。

最近，Lahn和Page（1999）根据对人类X和Y染色体上19对同源基因片段的分子进化资料进行了分析，发现这19对基因可依其碱基替换率而明显地分成四个组，每组分别与一个进化年代相对应，同时他们也在参考了近年来对单孔类、有袋类等低等哺乳动物性染色体分子进化研究资料的基础上，提出了哺乳动物祖先到人类的性染色体进化的四个进化阶段（four evolutionary strata）的假说，指出在这四个进化阶段中, Y染色体经过4次倒位，分别形成X染色体的一部分，这四部分按照进化时期依次排列联结，最终构成人类的完整X染色体（图20-10）。

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体细胞 雌 雄

减数分裂 雌 雄

sc sc

(a) X X X Y

(b) X X X Y

雌性哺乳动物

sc 失活 浓缩 XIST XIST (d) X X 浓缩 失活 (c) X Y

图20-9 X染色体失活是性染色体进化结果的假说示意图

（SC:联会复合体）。（自Nabih,1997）

4 3 3 2

2 2 2 (a) (b) (c) (d) (e)

1 1 1 1 1 常染色体 X Y X Y X Y

X Y

X Y 低等脊椎动

单孔类 有袋类

非胎盘类哺乳动物 人类

图20-10 人类X染色体进化的阶段假说

(a)性染色体出现，第一次Y染色体倒位（240-320Ma）； (b) 第二次Y染色体倒位（130-170Ma）；(c) 拟常染色质区扩增（80-130Ma）；(d) 第三次Y染色体倒位（80-130Ma）；(e) 第四次Y染色体倒位（

30-50Ma）。（自Lahn and Page,1999）

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第七节 性行为的发育

一、组织激活假说

若将胚胎或刚出生的婴儿暴露在特殊的激素中，会导致其中枢神经系统发生永久的性别专一的变化吗？在小鼠出生的第一个周，由于睾酮的缺乏，导致成熟雌性小鼠垂体循环分泌促黄体素。可以在雌性小鼠出生后4天通过注射睾酮使其成熟后不循环分泌促黄体素；相反，也可以在雄性小鼠出生后1天内去除睾丸使其循环分泌促黄体素。一般认为，性激素在哺乳动物的胚胎期或刚出生时作用，组织神经系统，而且在其成体中，同样的激素也有短暂的活性效应。这就是组织/激活假说。

有趣的是，决定雄性大脑的方式的主要激素是雌二醇。在胚胎或刚出生的婴儿的血液中，睾酮能在P450芳烃酶的作用下转化为雌二醇，这种转化发生在下丘脑和边缘叶中，这两个区域是已知的调控生殖和激素行为的大脑区。因此，睾酮能够通过转变成雌二醇发挥其作用。但是胚胎环境通过性腺和胎盘而富含雌激素。是什么终止了雌性胚胎神经系统中雌激素的雄性化？胚胎雌激素（雄性和雌性）与α-feto蛋白结合。这种蛋白在胚胎肝脏中合成，成为胚胎血液和脑脊液的主要成分，它与雌激素结合而不与睾酮结合。

试图将组织/激活假说延伸到“非自主”性行为是非常矛盾的。因为并不存在真正的性别专一的行为，能够区别许多哺乳动物的两种性别，而且在哺乳动物的发育途径中用激素作用，有众多激素效应。例如，将睾酮注射到一周大的雌性小鼠中，该小鼠将增加骨盆刺和减少脊柱的弯曲（Phoenix et al., 1959; Kandel et al., 1995）。这些变化可以描述为睾酮介导的中枢神经系统的变化，也可归功于其他组织的激素性效应。睾酮加强了使骨盆刺产生的肌肉的生长。即使睾酮使雌性个体生长得更大，关闭阴道口，也不能得出结论：脊柱弯曲的减少仅仅是由睾酮介导的神经循环系统的变化（Faustosterling,1995）。 从小鼠的实验结果推论人类的情况是非常危险的。因为在人类中还没有鉴定出任何一个性别专一的行为，在一种文明下认为是“雄性化”的行为可能在另一种文明下被认为是“雌性化”的行为（Jacklin,1981; Fausto-Sterling,1992）。Kandel等（1995）认为：有充足的证据表明，生殖行为的神经组织，虽然在一个严格的胚胎发育时期极大地受到激素作用，但是不能对成人的性行为或个人的性倾向产生不可更改的影响。在一个人的一生中，宗教、社会或心理动机促使生物性相似的人在他们的性行为上分歧广泛。

二、雄性同性恋

特定的行为常常认为是一个完整雄性或雌性表型的一部分。一个成熟男人的大脑会使他渴望与一个成熟女人交配，而一个成熟女人的大脑会使其渴望于一个成熟男人交配。尽管这种渴望在我们的生活中是非常重要的，但是它们也不能用原位杂交或单克隆抗体来检

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测。我们不知道，这种性渴望是由我们的教育慢慢灌输的，还是在子宫发育时的基因或激素作用我们的大脑，亦或是由其它因素的作用而产生的。 1991年，Simon LeVay 提出同性恋男人的下丘脑的前面部分在解剖类型上与典型的女人的下丘脑的前面部分相似，而与正常男人的不同。下丘脑被认为是性渴求的源泉，而且小鼠在下丘脑的前面部分有一个性别二态性区，可能调控性行为。下丘脑前面部分的裂缝核（INAH）分成四个区域，其中三个区域无性别二态性信号显示，而INAH3在雌雄个体间显示了重大的统计差异。雄性的INAH3平均比雌性的INAH3大两倍多。而且，LeVay的数据表明，同性恋男人的INAH3的大小与女人的类似，仅有正常男人的INAH3的一半大。这项发现表明，性倾向有它生物学基础。

对LeVay的数据的解释有几个疑问，第一，这些数据来自群体，而非个人。也许有人认为这样有一个统计的范围，而且男人和女人拥有相同的范围。实际上，从一个“同性恋男人”那儿所获得的INAH3比除一个异性恋（正常）男人以外其他15个异性恋男人的INAH3都大。第二，“异性恋男人”并不是必要的异性恋，“同性恋男人”也不是必要地同性恋。从尸体中所获得的大脑，他的性倾向并不知道。这就引起了另一个话题：同性恋者有许多种类型，而不是通常意义上的一种表型。第三，“同性恋男人”的大脑通常从死于AIDS的病人处获得。AIDS感染大脑，它是否作用于下丘脑的神经元尚不知道。第四，这项研究作用的是死人的大脑，并不能推断原因和结果，这样的数据仅表明相关性，而非因果关系。可能行为可以影响某一区域的神经元密度大小，正如区域的神经元密度大小影响行为一样。如果将这些数据解释为同性恋男人的INAH3比异性恋男人的INAH3的小，那仍不能确定是同性恋的结果还是原因。第五，即使存在这些差别，仍然也没有证据证明这些差别与性别有关。第六，这项研究并不意味着当这些差别出现时（如果确实存在），雄性、雌性和同性恋男人的INAH3的差别出现在胚胎发育期、出生后不久、在他出生后几年、青春期或其他时期。

1993年找到了X染色体上的特殊DNA序列与特殊的同性恋子群（有一个同性恋兄弟的同性恋者）的关系。在40对同性恋兄弟中，如果其中一个从他母亲那儿继承了X染色体的一个特殊区域，那么有33个他的兄弟也继承了这个区域（Hamer et al.,1993）。这也仅仅是统计上的一致，而且，对照（即检测这标记是否存在“非同性恋者”家族的男性）并没有报道，统计的偏差被认为有问题，特别是其他实验室并没能重复此实验（Risch et al.,1993; Marshall,1995）。在相同实验室的一个最近结果，Hu和他的同事发现（1995）当同性恋男人与他非同性恋兄弟比较，该区域没有或仅有极少增加。因此他们得出结论：这段区域对性倾向来说既不是必要的也不是充分的。

基因是编码RNAs和蛋白的基因，而非行为的。当基因可能偏向行为结果时，我们没有证据证明这些基因是如何“控制”行为的。 “多个性综合症”的人的存在，表明一个表型可支持一广范围的个性。既然很多人在同性恋和异性恋行为间变换，肯定对“同性恋表型”的定义有问题。因此，同性恋渴求的形成是由核内的基因、胚胎发育期的性激素，还是出生后的经验所决定这个问题仍然没有明确的答案。

性别分化虽然是最基本的发育事件之一，但其分子机制却极其多样化，几乎所有已知类型的调控机理都被用上了。哺乳类决定于Y染色体；果蝇和线虫决定于X染色体的多少，

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龟和鳄鱼决定于其卵孵化时的外界温度，Bonellia依赖于幼虫的生长环境。不同动物涉及的剂量补偿机制也不相同。哺乳类通过将X染色体随机失活一条平衡雌雄两性的X－连锁基因产物的数量，果蝇是使雄性的X染色体的转录水平提高1倍，线虫则是使XX个体的X转录水平降低。性别决定的多样性为研究胚胎发育过程中分子调节开关作用机理提供了一个丰富的信息源泉。

关于性别决定的研究已在国际上全面展开，涉及到哺乳类、有袋类、昆虫、线虫和蕨类等诸多物种，在性别决定因子、级联调控体系、生殖细胞的性别决定、剂量补偿和性染色体的进化等领域都取得了引入注意的进展。相信随着人类基因组计划的最终完成，这个最复杂、最具挑战的难题终会被解决。

（周 莉）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/t3v6.html