水產動物的性別決定機制研究進展

周先文 彭英海 王曉清 熊 鋼 向先嘉 張宏三

（1 湖南農業大學動物科技學院，湖南長沙 410128；2.湘西土家族苗族自治州畜牧水產事務中心，湖南吉首 416000；3.湖南生物機電職業技術學院動科科技系，湖南長沙 410127）

水產動物的性別決定極其復雜， 不僅僅是由性染色體決定， 受到基因型及外部因子等多方面的影響， 雌雄同體及性逆轉等突顯水產動物性別決定的復雜性。 在水產養殖中，全雄黃顙魚養殖、全雄羅非魚養殖等人為的控制水產動物的性別可以提高經濟效益。 為了實現單性化育種或控制養殖水產動物的性別，人們對水產動物的性別分化、性別決定及性別調控等方面進行了廣泛的研究，本文就近來水產動物性別決定機制進行簡單的概括，主要涉及水產動物性別分化與形成、染色體與性別決定、 性別決定基因及水產動物性別調控等方面。

1 水產動物性腺分化與形成

動物性腺的分化與形成階段是性別決定和性別調控的重要階段，目前水產動物性別誘導、基因敲除等均在這一時期進行。 不同的水產動物在性別分化與形成表現出不同的特征，黃顙魚14 日齡時卵巢開始分化，隨后逐步形成卵巢腔。斑馬魚在25 日齡時出現卵巢。 王孝杰在許氏平鮋的研究顯示，在5dbp 時觀察到原始生殖細胞的出現，35dbp時觀察到卵巢開始分化的標志， 在68dbp 時輸精管出現。 黃姑魚在36 日齡原始生殖細胞開始分裂，40 日齡可見卵母細胞， 在46 日齡可觀察到卵巢腔。 半滑舌鰨卵巢于62 日齡開始分化，120 日齡時形成卵巢腔。

在兩棲類中，短吻蛙（Rana curtipes）的原始性腺發育首先為卵巢，卵巢退化后再轉變為精巢。梅祎蕓等研究發現， 棘胸蛙性腺分化期為第17～80天， 棘胸蛙蝌蚪孵化后的第17～80d 用水溫31 度孵化，棘胸蛙70%為雄性，性別分化屬于溫度依賴型性決定。 李桑等研究發現蝌蚪Gosner 26-38 期為澤蛙性腺分化的敏感時期。

在蝦蟹中，中華鋸齒米蝦（Neocaridina denticulata sinensis）胚后期性腺開始分化；凡納濱對蝦生殖腺的分化晚于外部形態分化，生殖腺在43 天的仔蝦中可見，第55 天生殖腺開始分化；中國對蝦第76 天性腺開始分化。而羅氏沼蝦幼蝦的性別分化與其生長日齡和體長規格都有關， 羅氏沼蝦體長只要達到性別分化規格時， 就蛻皮發育為雌雄蝦，當生長受到抑制時，在生長日齡的持續累積作用下，體長達到一定規格，即使比較小，也會出現第二性征。 不同季節及鹽度等也會影響蝦蟹類性腺發育，在春季，鷹爪蝦（Trachypenaeus curvirostris）在春季雄性數量比雌性少，而秋季雌性少于雄性；在4～5 月份，擬須蝦（Aristaeomorpha foliacea）的雄性個體數量偏少，而在8～10 月份，雌性個體數量偏少； 在不同的季節褐蝦個體數量也會發生變化，在冬季，褐蝦的雌性個體居多；盛夏季節，兩性數量基本相當；而秋季，雄性個體數量居多。 吳旭干等則發現鹽度顯著影響中華絨螯蟹性腺發育， 低鹽度海水組雌蟹卵巢指數顯著高于淡水組，但雄蟹的性腺指數差異不明顯。水體鹽度升高可引起雌性雌二醇水平和Ca2+含量升高，引起雌性中華絨螯蟹性早熟。

在底棲水產動物中， 朱星海等對風信標扇貝的性腺發育研究發現， 海水溫度變化與風信標扇貝的性腺發育顯著相關， 風信標扇貝經過低溫刺激和營養積累后達到繁殖期， 若低溫刺激階段水溫高于20.0℃，性腺指數會受到影響。Kubota 等發現卵板步錨參（Patinapta ooplax）在繁殖季節可由雄性轉變為雌性，之后再回轉為雄性。

2 水產動物染色體與性別決定

水產動物性別種類繁多， 由于進化水平的差異，存在不同的性別決定機制。性染色體影響或決定部分水產動物的性別。Matsuda 等研究發現青鳉Y 染色體上的dmy 基因是Dmrt1 基因的一個拷貝， 調控青鳉雄性發育。 我國學者對中華絨螯蟹的研究表明中華絨螯蟹的性別決定機制為ZW/ZZ類型。日本對蝦（Penaeus japonicus）的性別特異位點定位在雌性遺傳連鎖群中， 很可能屬于ZW/ZZ類型。半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）為ZZ/ZW型，溫度過高或過低時會發生性逆轉。青鳉性別由性染色體決定，雄性個體含有Y 染色體。葛楚天等研究發現，中華鱉存在微小染色體（Z/W），其性別決定由多種因素介導。 蔣俊等研究發現鳳鱭存在性染色體，其性染色體為ZO/ZZ 型。

3 水產動物的性別決定基因

水產動物品種繁多，性別決定負責，有的基因在性別形成或性別決定階段表現性別差異， 水產動物性別決定基因主要集中有Dmrt1、Sox9、cyp19a1a、foxl2、wt1、Amh 和Wnt4 等。

在水產動物眾多性別相關基因中，dmrt1 基因主要對精巢分化有重要的作用。其DNA 結合結構域為鋅指樣結構，稱為DM 結構域，它以調控目的基因轉錄來調節發育實。 團頭魴（Megalobrama amblycephala）、 尼羅羅非魚性腺分化期間，dmrt1在精巢中表達上調，在卵巢中下調。 Dmrt1 基因在斑馬魚（Dania rerio）、石斑魚（Epinephe lusmerra）、牙 鲆 （Paralichthys olivaceus）、 半 滑 舌 鰨（Cynoglossys semilaevis G?nther）、 黃 顙 魚（Pelteobagrus fulvidraco）、胡子鲇（Claruas fuscus）、稀有鮈鯽（Gobiocypris rarus）僅在性腺中表達，同樣是雄性高于雌性。 Berbejillo 等研究發現未成熟的西伯利亞鱘性腺中Dmrt1 在精巢中的表達量高于腦、肝臟、肌肉、腎臟等其他組織；Dmrt1 在性腺中呈性別二態性，雄性表達量顯著高于雌性，而Sox9基因雌雄間性別二態性不明顯。但是Amberg 等對61 尾密西西比鏟鱘性腺中Dmrt1 基因的表達進行熒光定量PCR 研究發現， 雄性性腺的表達量要高于雌性，但未達到顯著水平。而在東方巖石龍蝦（Sagmariasus verreauxi）的2 個性別發育相關基因SvTKIR 和SvDmrt1 的基因在雌雄未成年蝦的觸角腺中表達水平均較高， 而在成年蝦的觸角腺中的表達則表現出性二態性，雌性顯著高于雄性。奧尼羅非魚和尼羅羅非魚的dmrt4 僅在卵巢中檢測到。

Sox9 基因是目前在大多數的脊椎動物中為雄性相關基因， 大多研究表明其與雄性性腺或精原細胞形成有關。 王莉等研究表明SOX9 基因為中華鱉雄性特異性基因，參與雄性性腺的發育過程，可能在中華鱉早期性別分化過程中起調控作用。葛楚天等研究表明Sox9 在紅耳龜第17 期起在產雄溫度性腺特異性高度表達，Sox9 基因的敲低能使雄性向雌性性逆轉。此外，Sox9 基因僅在虹鱒精巢中表達。

普遍認為Cyp19a1 是雌性激素生成的主要調控者， 尼羅羅非魚性腺分化前雌性個體的Cyp19a1a 的表達量高于雄性，Cyp19a1a 基因在尼羅羅非魚性腺決定及分化過程中發揮作用。cyp19a1 b mRNA 在雌性鱸魚腦組織中的表達水平顯著高于雄性。 P450arom mRNA 在雌性、雌雄間性、雄性黃鱔性腺中的表達水平依次降低。性腺發育和分化時期foxl2 的相對表達量與cyp19a1a的波動趨勢基本一致，但cyp19a1a 的變化滯后于foxl2，foxl2 在卵巢分化中起作用， 可能參與cyp19a1a 表達的調控。

Foxl2 是叉頭狀轉錄因子超家族成員，其與卵巢發育性二態分化及卵巢功能維持有關。foxl2 基因在南方鲇找那個呈現性別二態性表達， 卵巢中表達高于雄性方式， 是部分水產動物卵巢決定和分化的一個標志性啟動基因。 稀有鮈鯽（Gobiocypris rarus）foxl2 基因在肝、肌肉、鰓等組織中均有表達，雌性性腺表達量顯著高于雄性。 foxl2 基因還能夠與sf-1 基因結合， 從而增強 sf-1 對Cyp19a1a 基因的調控。 在對牙鲆的研究中發現，foxl2 基因可直接調控Cyp19a1a 基因的轉錄。

抗繆勒氏管基因（AMH），抗繆勒氏管抑制因子， 這類物質可引起繆勒氏管退化和抑制雌性生殖器官發育。 Miura 等從日本鰻（An guillajaponica）未成熟的精巢細胞中鑒定出amh 類似物，發現該基因可能參與性別決定和睪丸分化。 魚類缺乏繆勒氏管，amh 在性魚類腺分化和發育中主要通過Amh/AmhⅡ通路發揮作用。王孝杰在許氏平鮋的研究中，5～15dpb amh 相對表達量波動情況與sox9 波動大致相同， 許氏平鲉中amh 的表達也可能是由sox9 基因激活的，從而在性腺分化中起作用。 劉姍姍等的研究發現，amh 可抑制半滑舌鰨繆勒氏管的形成和雌性生殖器官的發育， 使中腎管發育為雄性生殖器官。 amh 基因還受sf1 調節， 可能與性別分化和雄性性腺的發育有關。

此外， 王孝杰等研究發現許氏平鲉卵巢分化早于精巢，foxl2、cyp19a1a、dmrt1、sox9、amh 等性別相關基因的表達模式和大多數硬骨魚接近。 克氏螯蝦PcSxl 在雄性觸角腺的表達量顯著高于雌性，表現出性別二態性表達。 黃鱔wt1 基因在間性的表達量高于雌性和雄性。 半滑舌鰨性腺中wt1 表達量高于其他組織， 半滑舌鰨雄魚、 雌魚和偽雄魚的表達量依次降低，wt1 可能在性腺的分化過程不起決定作用。 張英萍等的研究發現中華鱉華鱉Wnt4 基因與海龜(Chelonia mydas) 和三趾箱龜(Terrapene carolina triunguis) 具有高度同源性，Wnt4 基因在性腺中表達量最高，且雌性卵巢中表達水平顯著高于雄性精巢。 向玉婷等對高溫與性激素誘導對褐牙鲆kiss2 和gpr54-2 基因的表達水平研究發現， 高溫和雌激素上調褐牙鲆腦組織kiss2 和性腺中gpr54-2 基因的表達， 但性腺中kiss2 下調， 雄激素使褐牙鲆腦和性腺中kiss2 和性腺中gpr54-2 基因均明顯受到抑制。 在羅非魚（Oreochromis mossambicus） 中，dax1 基因在雌魚性腺中的表達量高于雄魚性腺，但其在虹鱒（Oncorhynchus mykiss）中的表達模式卻恰好相反。 生殖蛻殼是甲殼動物由營養生長向生殖生長、 未成熟向性成熟狀態轉變的重要過程， 是性腺快速發育的重要起點。Hc-KLHL10 基因在三角帆蚌中是雄性相關基因， 其可能參與三角帆蚌的性別分化與精巢發育。 促雄性激素基因（AGH）對澳洲紅螯螯蝦（Cherax quadricarinatus）的雌雄比例有影響，敲低AGH 基因會影響精巢發育和精子生成，從而促進卵黃生成。 近年來的研究發現，AGH 基因在藍蟹和擬穴青蟹卵巢中表達， 且在青蟹卵巢成熟期的表達量急劇升高，AGH 基因在部分蝦蟹動物卵巢發育和成熟過程中產生作用。 馮政夫等從櫛孔扇貝精巢中克隆得到Cf-dmrt4- like 基因，Cfdmrt4-like mRNA 在未受精卵、 胚胎和幼蟲發育各期均有表達， 在成體性腺中也有表達， 成熟期精巢的表達量幾乎高于卵巢成熟期的20 倍， Dmrt4 基因參與櫛孔扇貝性腺分化和性腺正常功能的維持。

4 水產動物的性別調控研究

不同性別的水產動物有不同的價值， 三角帆蚌的誘珠能力與性別有關， 雄性三角帆蚌培育的珍珠在總重，色澤等方面優于雌性。中華鱉雄性裙邊厚，生長速度均優于雌鱉，養殖雄性中華鱉具有更高的價值。 性別調控近來成為水產動物遺傳育種的熱點。葛楚天等對紅耳龜第15 期產雄性溫度胚胎進行Dmrt1-shRNA 處理后，95.34%發育成雌性或具卵睪丸的間性個體。 李新紅等的研究發現高溫培育的中國林蛙（Rana chensinensis）雄性比例高。 而北非肋突螈（P.poireti）其ZZ 基因型的雄性幼體經高溫培育后，雌性表型個體（ZZ neo-females） 比例升高。 楊干榮等對娃娃魚（Andrias davidianus）的研究結果顯示，在18-25℃水溫下培育，雌雄比幾乎為1：1，低溫雄性率低，高溫雄性率高。 同樣采用高溫處理中國對蝦（Fenneropenaeus chinensis）受精卵后，也會顯著影響對蝦雌雄性別比例。還有研究表明，采用溫度休克的辦法處理中國對蝦受精卵， 則后代的雌性比例高達

86%。

外源激素也可以引起水產動物的性逆轉，利用含有50mg·kg-1雌二醇的微顆粒飼料從開口第一天開始誘導30 天能獲得XY/YY 的雌性黃顙魚。甲基睪酮、雌二醇等外源性激素會對水產動物性別造成影響， 用含有30～60m/kg17α-甲基睪酮的餌料連續投喂莫桑比克羅非魚（Tilapia mossambica）3～4 周能有效誘導其向雄性轉化。 熊陽等研究法發現早期投喂水蚯蚓導致YY 超雄黃顙魚出現精卵巢共存的間性性腺。 甲基睪酮誘導斜帶石斑魚的性逆轉過程中LHβ 和Lhcgr 表達量升高，而Fshr 受到抑制。 外源性的雌激素可以完全誘導雄性尼羅羅非魚性逆轉為功能性的雌性尼羅羅非魚。 但是用含50 和100mg/kg 雄激素的餌料處理異育銀鯽（Carassiusauratus gibelio），不僅不能使其向雄性轉化，反而會使其性腺萎縮，使卵巢發育受到抑制。

在性別調控過程中， 部分基因也會表現出現異常表達。 蜂巢石斑魚（Ephinephelus merra）由雌性向雄性逆轉過程中，Fshr 表達量升高。 青鳉Sox9b 突變會引起雌向雄性轉變。 Cyp19ala 基因是催化內源性雄激素轉化為雌激素的關鍵酶，乙炔雌二醇能顯著抑制稀有鮈鯽Cyp19ala 基因的表達。 半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）Pgr 可誘導卵母細胞成熟。 雄性羅非魚（Oreochromis niloticus）Pgr 敲除后導致不育。用拮抗劑米非司酮抑制Pgr 表達可阻礙羅非魚精子發生。 Ad4BP/sf1可以調控芳香化酶基因的表達， 進而影響硬骨魚類性激素的生成。

此外，紫外線、光照等也會對水產動物的性別造成影響。 紫外線照射可誘發蝦蟹動物雄性個體產生，生殖細胞的缺失會導致由雌向雄的性逆轉，光照周期也可以影響云斑厚紋蟹（Pachygrapsus marmoratus）雌性的生殖功能。

5 結語

水產動物性別決定有基因性別決定、 環境性別決定和基因-溫度性別決定等多種類型，不同的性別決定種類表現出不同的特征。 性腺分化與形成階段的確定是進行性別調控的關鍵。 同時Dmrt1、Sox9、cyp19a1a、foxl2、wt1、Amh 和Wnt4 等 基因在水產動物性別形成和發育的過程中發揮著重要的作用，掌握水產動物性別分化與形成的特征，掌握性別相關基因在水產動物性別決定過程中的作用和功能， 有針對性的開展水產動物性別決定機制研究，有利于加快水產動物遺傳育種的進程。

參考文獻（略）