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1、第六章 性别决定与性别控制雌雄性别分化是生物界最普遍的现象之一，也是遗传学研究的一个重要内容。在自然条 件下，两性生物中雌雄个体的比例大多是 1：1，是典型的孟德尔比数，这说明性别和其他 性状一样受遗传物质的控制。第一节 性别决定的遗传理论关于性别决定的机制问题，曾有过多种假说，直到1902年，威尔逊（E. B.Wilson）、萨顿 （W.S. Sutton）等首次发现了性染色体后，性别决定自然与性染色体联系起来，逐步形成了性 染色体决定性别学说，这也是目前最流行的学说。在动物中， 除性染色体决定性别外，还 有基因平衡理论、 H-Y 抗原及染色体的倍数等与性别有关理论。一、性染色体类型与性别决
2、定在二倍体动物以及人的体细胞中，都有一对与性别决定有明显直接关系的染色体叫 做性染色体，其他的染色体通称为常染色体。有些生物的雄体和雌体在性染色体的数目 上是不同的，简称性染色体异数。例如，蝗虫的性染色体，即 X 染色体，在雌虫的体细 胞里是一对形态、结构相同的染色体（可用XX表示），但雄虫的体细胞里却只有一条性 染色体（可用 XO 表示）。另一些生物的雌体和雄体的每个体细胞里都有一对性染色体， 但它们在大小、形态和结构上随性别而不同。例如， 猪雄性体细胞中是一对大小、形态、 结构不同的性染色体，大的一条叫X染色体，小的一条叫Y染色体，雌性的体细胞中是 一对 X 染色体。X、 Y 性染色体在形
3、态和内容上都不相同，它们有同源部分也有非同源部分。同源部分 和非同源部分都含有基因，但因Y染色体上的基因数目很少，所以，一般位于X染色体上 的基因在Y染色体上没有相应的等位基因。从进化角度看，性染色体是由常染色体分化来的，随着分化程度的逐步加深， 同源部 分则逐渐缩小，或Y染色体逐渐缩短，最后消失。例如，雄蝗虫的性染色体可能最初是XY 型，在进化过程中，Y染色体逐渐消失而成为XO型。因此X与Y染色体愈原始，它们的 同源区段就愈长，非同源区段就愈短。由于 Y 染色体基因数目逐渐减少，最后变成不含基 因的空体，或只含有一些与性别决定无关的基因，所以它在性别决定中失去了作用（如果蝇）。 但是，高等动
4、物和人类中随着X和Y染色体的进一步分化，Y染色体在性别决定中却起主 要作用。多数雌雄异体的动物，雌、雄个体的性染色体组成不同，它们的性别是由性染色体差异决定的。动物的性染色体类型分为两大类型。1.XY 型 这一类型的动物雌性个体具有一对形态大小相同的性染色体，用 XX 表示； 雄性个体则具有一对不同的性染色体，其中一条是X染色体，另一条是Y染色体，雄性个 体的性染色体构型为XY,称为雄异配型。属这类性染色体的动物有大多数昆虫类、原虫类、 海胆类、软体动物、环节动物、多足类、蜘蛛类、若干甲壳虫、硬骨鱼类、两栖类和哺乳类 等。此外，在一部分昆虫（如蝗虫）中，雌性个体的性染色体为XX,雄性个体只有一
5、条X染 色体，没有Y染色体，这类雄异配型动物的性染色体用XO表示。2.ZW 型 这类动物与上述情况刚好相反，雄性个体中有两条相同的性染色体，雌性个 体中有两条不同的性染色体。因此，这类动物又称为雌异配型动物。为了与雄异配型动物相 区别，这类动物的性染色体记为ZW型，雌性ZW,雄性ZZ。属于这一类型的动物有鸟类。 在这类动物中，也有和雄异配型动物中类似的情况，雌性个体中不存在W染色体，这类雌 异配型个体的性染色体构型记为ZO型，如极少数昆虫。无论属于哪种性染色体类型的动物，凡是异配性别（heterogametic sex）个体（包括XY和 ZW个体）均产生两种等比例的性染色体的配子，对于XY雄性
6、而言，产生带X和Y染色体 的两类精子，对于ZW雌性而言，产生带Z和W染色体的两类卵子；凡是同配性别的个体 （包括XX和ZZ）只产生一种性染色体的配子。当精子、卵子随机结合时，形成异配性别和 同配性别子代的机会相等，因而，动物群体中两性比例总是趋于1：1（图 6-1）。AA+XX()xAA+XY(g)A+XAA+ZW($)x AA+ZZ(g)1/2A+Z 1/2A+W A+Z1/2(AA+XX)($) l/2(AA+XY)(g)l/2AA+ZZ(g) 1/2AA+ZW($)图 6-1性染色体理论对性比例 1 ：1 的解释A常染色体组X、Y、Z、W性染色体需要指出的是，虽然性别决定的性染色体理论并
7、不适用于整个动物界，特别是在某些更 低等的动物中并不存在真正的性染色体，但对于大多数种类的动物来说，其性别决定与性染 色体理论是完全相符的。二、遗传平衡与性别决定性染色体鉴定出来之后不久，就发现性别决定比初步的观察结果更为复杂。 1932 年， 布里奇斯（C.B.Bridges）在以果蝇为实验材料研究性别决定时提出性别决定的基因平衡学说。 他用经X射线照射后的果蝇与正常的二倍体果蝇杂交，由于X射线导致果蝇在减数分裂中 产生染色体不正常分离，这些染色体组不正常的配子在受精后形成多种不同的染色体组的个 体，从中得到了多种性别畸形类型。在对各种性别畸形的研究中发现，体细胞内X染色体 的数目与常染色体
8、组数的比例同性别有着密切关系，当X染色体数目与常染色体组数之比 值 （用 X：A 表示）等于 1 时，为正常雌性或多倍体雌性，当该比值大于1 时为超雌性； 若 该比值等于0.5时为正常雄性或多倍体雄性，小于0.5时为超雄性；当该比值为0.51.0时， 则表现为中间性（图 6-2，表6-1）。二倍加-超雑性三倍体故性三倍减超雉性二借加理性正常雌性三倍缜-中间性正常雄性三倍体中间性图 6-2 果蝇性染色体和常染色体间的平衡对性别的影响对表6-1 的分析，在逻辑上可以得出这样的结论： 性染色体和常染色体上都带有决定 性别的基因，看来雄性基因主要在常染色体和Y染色体上，雌性基因主要在X染色体上， 受精
9、卵的性别发育方向取决于这两类基因系统的力量对比。然而，由于各种动物的遗传基础不同，性染色体与常染色体上的性别基因的对比关系以 及X染色体与Y染色体上的性别基因的对比关系不一致。例如在果蝇中，性别只取决于X 染色体数目与常染色体组数的比值，Y染色体的雄性化力量并不大，但人类及哺乳动物的Y 染色体则有强大的雄性化力量，性染色体构型即使是XXXY的个体仍能表现某些雄性特征。表 6-1 果蝇染色体的比例及其对应的性别类型性别类型X染色体数常染色体倍数AX： A超雌321.50431.33雌性441.00331.00221.00中间性340.75230.67雄性120.50240.50超雄130.33注
10、：超雄和超雌果蝇其外貌像正常的雄性和雌性，但个体很小，生活力很低，且 高度不育；中间性是指性腺，交尾器和第二性征都是雌性和雄性的混合体，且 都发育不全。三、染色体组倍数与性别在膜翅目昆虫的蚂蚁、蜜蜂、黄蜂和小蜂等中，其性别与染色体组的倍数有关，雄性为 单倍体，雌性为二倍体。如蜜蜂的雄蜂是由未受精的卵发育而成的，因而具有单倍体的染色 体数(n=16)。蜂王和工蜂是由受精卵发育成的，具有二倍体的染色体数(2n=32)。在蜂类的性 别决定中必定有某种与单倍体/二倍体的染色体安排有关联的机制存在。在寄生蜂的一个小 茧蜂属(Habrobracon)中也存在孤雌生殖的现象,这个属的雌蜂都是有20条染色体的
11、二倍体， 雄蜂都是有10条染色体的单倍体。雌蜂源于受精卵，但雄蜂通常出自未受精的卵。四、性别决定基因与性别20 世纪中期以来，人们逐步认识到在动物性别分化过程中， Y 染色体上存在着睾丸决 定因子，它决定了原生殖嵴向睾丸方向分化。因此，对性别决定基因的研究一直集中在探求 哺乳动物Y染色体上的TDF方面。1989年，帕尔默(M.S.palmer)等人在对3个XX男性和一个XX间性人的研究中检测到 了 Y染色体上1A1区段，使TDF基因的搜索范围缩小到区间1A1上的60kb部分。帕尔默 等发现，4位XX男性拥有3540kb的Y特异性序列片段。对这一区域进一步研究发现， TDF位于距拟(伪)常染色体
12、区域的边缘5kb处的一个片段。根据它在染色体上的位置， 人们将其命名为Y染色体性别决定区，即SRY。同时在小鼠中也发现类似的同源序列，称 为Sry。1990年，辛克莱(A.H.Sinclair)等克隆到人的SRY,被认为是性别决定研究的一个里 程碑，包括转基因动物在内的许多实验已证明，SRY就是TDF基因。但近年来的研究表明 SRY并非决定性别的唯一基因，性别决定与分化是一个以SRY基因为主导、多基因参与的 有序协调表达过程。第二节 性别与环境胚胎学的研究证明：早期的胚胎在性别上无雌雄之分，其性腺是中性生殖腺。中性生 殖腺来源于生殖嵴，生殖嵴继续发育形成皮层和髓层两个区，之后中性生殖腺是向雄性
13、还是 向雌性分化，取决于髓层还是皮层的优先启动。如果髓层优先发育，皮层就退化，进而形成 睾丸，同时，睾丸中曲精细管内的间质细胞产生大量雄性激素，促进原生殖管道和外生殖器 向雄性方向衍变。如果髓层不能优先启动，皮层就继续发育，进而形成卵巢，并分泌雌性激 素，促进雌性生殖器的进一步发育。髓层或者皮层的优先启动取决于胚胎性别的遗传基础， 即性别决定。性别决定是性别分化的基础，性别分化是性别决定的必然发展和体现。性别分 化是指受精卵在性别决定的基础上，进行雄性或雌性性状分化和发育的过程，这个过程和环 境具有密切关系。当环境条件符合正常性分化的要求时，就会按照遗传基础所规定的方向分 化为正常的雄体或雌体
14、；如果不符合正常性分化的要求时，性分化就会受到影响，从而偏离 遗传基础所规定的性分化方向。内外环境条件对性别分化都有一定影响。一、激素的影响高等动物中性腺分泌的性激素对性别分化的影响非常明显。第二性征（副性征）一般都 是在性激素的控制下发育起来的，第一性征（如睾丸和卵巢）的发育，也受性激素的直接影响。 激素在个体发育中的作用发生越早，对性别的影响也就越大。“自由马丁牛”和母鸡性反转是关于激素对性别分化的影响的两个典型的例子。早在公 元前一世纪，人们就发现在异性的双生犊中，母牛往往是不育的，这些母牛称为自由马丁。 在人及其他物种中也都发现相似的情形，“自由马丁”一词用来表示异性双生子中的雌性不
15、育现象。“自由马丁”牛是由于在异性双胎中，雄性胎儿的睾丸优先发育，先分泌雄性激素， 通过血管流入雌性胎儿，从而抑制了雌性胎儿的性腺分化，生出的牛犊，虽然外生殖器很象 正常雌牛，但性腺很像睾丸，使性别成中间性，失去生育能力。同时，胎儿的细胞还可以通 过绒毛膜血管流向对方，所以在双生雄犊中曾发现有 XX 组成的雌性细胞，在双生雌犊中曾 发现有XY组成的雄性细胞，由于Y染色体在哺乳动物中具有强烈地雄性化作用，所以XY 组成的雄性细胞可能会干扰双生雌犊的性分化，这也是雌性雄性化的原因之一。以上事实说 明，虽然性别在受精时已经决定，但性别分化的方向可以受到激素或外来异性细胞的影响而 发生改变。性反转是性激素影响性别发育的第二个生动例子。产过蛋的正常母鸡，有的会变成公鸡， 这种由雌性变成雄性，或由雄性变成雌性的现象称为性反转。母鸡性反转公鸡时，长出雄性 的鸡冠并能啼鸣，最后追逐母鸡，和母鸡交配，成为能育的公鸡。这主要是性激素影响的结 果。产过卵的正常母鸡，由于某种原因卵巢退化消失，处于退化状态的精巢便发育起来，同 时产生雄性激素，母鸡的性征逐渐被公鸡的性征所代替，最后产生正常的精子，使母鸡变成 了公鸡。但母鸡的性染色体组成并不改变，它仍然是ZW。性激素对鱼类性别的影响是显著的，使用雌二醇使遗传上雄性的青鳉（Oryzias la tipes转换成为功能上的雌鱼，随后又用甲基睾丸酮
