性腺发育与性别决定

第17章 性腺发育和性别决定,一、性别类型二、性别决定与分化的分子机制三、性别控制和应用,性别类型,两性动物:XY型、ZW型雌雄同体多性别动物单性生殖（孤雌生殖：夏季蚜虫、雄蜜蜂）,为什么产生性别？,性别差异是高等生物物种稳定的基本手段和方法。通过性交获得基因交换与重组:增加获得环境适应基因的机会;帮助去除受损的DNA片段，减少有害突变的发生;快速改变基因，改变表型性状，逃避细菌和病毒的感染。,Y染色体正在逐渐退化,我们曾缅怀过恐龙，有一天我们也会缅怀另一个风光一时的种群：男人。畸形的Y染色体和X染色体相比更像一个侏儒。3.5亿年前，产生之初它曾有1438个基因，但到20世纪经5次配对失败后只剩下区区45个。由于其个头严重萎缩，使得许多隐性遗传病恶魔在这里决堤分洪，在可怜的男人身上泛滥成灾。 最后一次失败的交换配对将彻底毁灭男人。即便是Y染色体上大量的回文结构也不能挽救这次失败的交换，雄性的象征SRY基因在这次突变中遭受重创，那个延续数千年曾经不可一世的雄性文明将灰飞烟灭。显微镜下孩子们可以更深刻的理解男人这个奇怪的物种。蝌蚪状的可怜小东西，那就是精子。和卵子相比，它渺小得可以忽略不计。曾经它们四处游弋，说是要在卵子的城墙上插上它征服的旗帜。精子的攻击性曾被认为是雄性气质的微观表现。而现在你们看到了，它们死气沉沉，毫无生机。别说它们脆弱的矛头已根本无法洞穿卵细胞厚厚的壁垒，甚至在输卵管一段微不足道的路径中，它们就已经夭亡。 事实上早在2297年，就没有一个男人能够通过自然生育的方式诞生。Y染色体已彻底丧失了活性，不再对新母性社会构成基因污染威胁。地球濒危基因工程委员会决定把地球上为数不多的男性圈养在少数几个实验室里以供科学研究，就像人类曾经对天花病毒做的那样。,XO卵巢退化症YO不能成活,XY型、ZW型,Y决定雄性、W决定雌性X染色体数与常染色体数之比（果蝇）染色体的倍数性双Y染色体动物,果蝇性别与Y染色体无关X:A=1.0雌性X:A=0.5雄性X:A1 超雌性X:A0.5 超雄性0.5X:A1.0 间性(inter sex)；并伴随着生活力、育性下降。,蜜蜂等膜翅目昆虫，n为雄蜂，雌蜂为2n。,赤麂等鹿科麂亚科的动物，雄性有两条形态、结构差别很大的Y染色体。Y2染色体是真正的Y染色体，Y1染色体与X染色体长臂实际上是一对常染色体，X染色体短臂才是真正的X染色体,雌雄同体(hermaphroditism),无脊椎动物中软体动物的海牛、环形动物中的蚂蝗、蚯蚓等同时具有精巢和卵巢，而且功能正常。,多性别生物（纤毛虫）,具38种性别的纤毛虫Euplotes crassus，交配对象由2性时的50%增加到87.5%。,白蚁的性别,生殖型：分三个品级。大翅型或有翅型：创立新群体的父蚁和母蚁，而且终身维持一夫一妻制。短翅型：补充生殖型。地栖性种类中较常见。无翅型：补充生殖蚁。只存在于极原始的种类。非生殖型：无生殖力，担负劳动和作战的任务。工蚁：建筑蚁冢、开掘隧道、修建蚁路、培养菌圃、采集食物、饲育幼蚁与兵蚁、看护蚁卵等任务。在无兵蚁的种类中，还负责抵御外敌。兵蚁：分雌雄，但不能生殖。兵蚁没有取食功能，由工蚁饲喂。,两性动物的性别与外貌,外貌控制基因在Z 或X染色体上。即保证雄性子代得到交配权，又增大雌性子代的生存机会，是雌性择偶的原因。ZW型动物的性别决定来自母亲。雌性倾向于选择外貌出色的雄性。因为这一基因能遗传到子代雄性身上，更好的吸引其它雌性，获得更多的后代。 XY型动物由父亲（雄性）决定后代的性别。来自父亲的基因只会出现在女儿（雌性）身上。在自然环境，出色的外表更容易引起追捕者的注意，为了保证种族繁衍，外表出色的雌性通常会选择丑钝的雄性。,SarahOtto &ArianneAlbert. Science, 2005.10.07,英国哥伦比亚大学: 基因遗传与配偶外貌的选择原理,性别决定因素,基因激素环境位置决定性别温度决定性别季节（蚜虫）决定性别营养（饲料）决定性别,SRY的雄性决定作用,SRY基因表达产物可以诱导睾丸发育。SRY蛋白质需进入细胞核，启动系列基因表达，才能产生雄性性器官睾丸。SRY序列的缺失或突变可引起XY性反转(约15万男性中有一人)。细胞核内SRY蛋白的低水平导致了XY男性患者的性反转。,1991年，英国科学家向XX型的雌性老鼠受精卵，转移Y染色体上的Rry基因，获得具有精巢的雄性老鼠。,XX男人XY女人,哺乳动物初级性别决定（基因）,1. 性别决定相关基因Y染色体的性决定基因：SRY决定睾丸命运的常染色体基因： SOX9、SOX3、SF1潜在的卵巢决定基因：DAX1、Wnt4a、WT1Dmrt(1-7)（dsx和mab-3相关转录因子）2. 性别分化相关基因 抗副中肾激素基因：AMH、MIS睾丸女性化基因：Tfm胎盘芳香化酶基因：P4505-还原酶基因,哺乳动物次级性别决定因素激素,卵巢分泌：雌激素（Estrogrn），促进中肾旁管开始发育。 testes分泌：AMH (抗中肾旁管激素 anti-Mullerian duct hormone) 抑制中肾旁管发育。 睾丸酮（Testosterone）引发 Wolffian duct发育。二氢睾丸酮：由睾丸酮在尿生殖窦等处转换而成，促进外生殖器生成。,牛雄胚很早分泌激素，导致雌雄双胎的雌牛很象雄牛。,性腺分化具有双重性,太监为何娶妻？,清末大太监“小德张”，先后娶纳四房妻妾。传统观点：碍于体面，炫耀门庭；享受家庭“乐趣”；借助“夫人外交”，攀高附贵。1991年，英国一位因医疗事故失去阴茎的男孩，被父母和医生强行改变了性别，不仅摘除了性腺，而且还定期注射雌性激素。进入青春期时，外型为标准女性，但她只恋女色，不喜欢男人。,同性恋现象,原因：美国约翰霍普金斯医学院的乔恩马奈童年垂体（包括下丘脑）切除病人研究结果：切除垂体后终生虽然没有基础内分泌腺，定期用激素治疗后，能保持正常性别形态，但完全丧失对异性的感受能力。另一方面，即使不具备完好的生殖器官，但只要下丘脑完好，就有性欲。乔恩认为：性的真正中心是下丘脑，其机能受性基因的调控。所以，太监雄“性”仍在，娶妻纳妾是本能的正常生理需求。,transsexual,Smokescreen,日本NEWHALF,Male or Female,同性恋是遗传的,同性恋倾向的成人约占3%。脑构造的性别差异与出生前后2次雄性激素分泌量有关。胚胎大量分泌雄性激素时，促进男性化；女性胎儿脑发生时完全不产生激素。出生后数周内男孩需大量雄性激素，进一步决定男性化的行动；此时如存在大量雄性激素，部分女孩就会男性化。INAH-3与对男人的喜欢程度有关：同性恋男人脑视床下部的前视床下部间质核INAH-3部位，比异性恋男人小，与异性恋女人相近。爱滋病治疗药物典型的副作用是精巢功能低下。扮演女性的同性恋男人很少发生爱滋病，与精巢分泌雄性激素水平低下有关。同性恋男性与X染色体上的Xq28领域有关。,同性恋现象,哺乳动物性别决定涉及的基因和激素,X染色体基因的剂量补偿效应（dosagecompensation）,1. 哺乳动物：雌性失活1条X染色体失活是随机的Xist基因转录物启动X染色体的失活程序失活与组蛋白H4非乙酰基化有关失活与甲基化有关2. 果蝇：增加雄性X染色体基因表达量3. 线虫：降低雌雄同体个体X染色体基因表达水平,剂量补偿效应,性别不同，X染色体数量不同，需要通过剂量补偿效应来克服X连锁基因的不平衡性。,位置决定性别,后螠(Bonellia) 雄虫很小（1mm-3mm，器官大多退化。幼虫一直在海水中自由生活，发育为雌虫；幼虫附着于成长的雌虫体上，发育成雄虫。（雌虫分泌的促雄物质影响）生态意义：增多雌虫，增加种群繁殖效率。,温度决定性别,GSD(Genotypic sex determination)模式 TSD(Temperature sex determination)模式 很多爬行类具异形性染色体，具GSD系统，但温度能够决定性别。某些蛙类染色体具GSD系统 ，但蝌蚪在20下雌雄比约为11，如在30，全部发育成雄蛙。,MF：低温雄、高温雌FM：低温雌、高温雄FMF：低温和高温均雌、中间温雄目前只发现FM模式和FMF模式存在于蜥蜴类。,FM,MF,FMF,TSD模式的机制,温度与激素：TSD爬行类存在雌激素敏感期(estrogen sensitive period，ESP)：产生雄性的温度下用雌激素处理胚胎能使其性逆转的时期。TSP（温度敏感期）和ESP基本一致，且二者存在着协同效应。温度、激素与基因（蜥蜴）雌二醇（E2）激素水平对SF-1表达的促进或抑制存在阈值，温度相关因素在雌性生成温度下可维持E2水平，在雄性生成温度下能降低E2水平。TSD爬行类也有类似哺乳类GSD的级联通路，该级联通路最上游可能是温度，最下游可能是激素。,温度和体内激素影响时绝没有雌雄以外的中间型出现，而在一定时期的卵壳上涂抹环境激素类物质，个体就会出现中间性别。,性别决定模型（P.K. Elf，2003）,鱼类性反转,1、性转换诱发条件激素：雌激素、雄激素环境：理化环境（水温、光照、辐射、水质）、社会环境2、表型性别容易改变某些种受环境影响，甚至完全取决于环境。某些种具两种性别发育基因，能随发育进程自行性变。3、性转变个体具正常生殖能力4、YY型超雄鱼可活及可育先后在青金鱼和莫桑比克罗非鱼发现YY型超雄鱼可以成活和繁殖后代，并可被雌激素反转为功能正常的雌鱼，其遗传性别仍为YY型。,环境与性反转,自主性逆转,杜佩锦鱼（Thalassoma duperrey）,黄鳝的性别转换,恶劣条件（长期饥饿或周期性干旱）,可促进性转化。下丘脑脑垂体系统可能在诱发黄鳝性转变。,间性期是卵巢退化、精巢的渐进形成过程。大小卵母细胞所腾出的空间由新的精细胞与曲细精管填充最后卵巢也就被精巢取代。,环境激素导致的鸡性逆转,500,380,环境与蚜虫性别（温度、光照、季节）,动物性别控制的意义,动物生产1：控制繁殖（增加雌比例）2：提高群体生长速度、延长有效生长期（去势）3：提高商品质量（雌蟹、雄蚕） 动物育种（增加育种强度、加快选种过程） 濒危动物保护（需雌性） 宠物市场（喜好） 人类性连锁遗传病控制（具性连锁隐性遗传病的双亲选择生女儿）,性别控制的方法,植入前的胚胎性别选择受精前精子的分离（最有效的途径）物理分离法：离心、电泳。对精子有损伤流式细胞仪（最有效性的方法）：根据X或Y精子的DNA含量差异。抗体免疫法：根