在自然界中，多数的生物都通过两性分异和配子融合的方式来繁殖后代。性别分化的意义在于它增加了变异，提供了大量的遗传变异素材。但对于大多数生物而言，性别是如何进化的依旧是遗传学、发育学和进化生物学的关键问题。在动物中存在几种不同的性别决定系统，包括温度依赖的性别决定系统(一些爬行动物和鱼类)，X和常染色体比例的性别决定系统(果蝇和线虫)，雄性X和Y异染色体的性别决定系统(多数哺乳动物)，以及雌性Z和W异染色体的性别决定系统(多数鸟类)。关于这些性别决定系统的研究一直是相关领域的热点，但其具体机制目前还不清楚。由于鸡是最常用的研究鸟类性别决定和性别分化的动物模型，所以目前关于鸟类性别决定的理解主要是源于对家鸡(Gallus gallus domesticus)的研究。本文针对近几年鸡胚胎发育过程中的性腺分化和性别决定研究作一综述，并重点介绍性别决定相关基因的研究进展。
1 鸡性别决定的发生
胚胎期鸟类性腺形成的基本过程是保守的，但同时又具有非对称性发育的独特特征。因此，鸟类胚胎的性腺发育为研究脊椎动物性别决定提供了一个很好的模型。鸡胚性腺起源于孵化第3.5天(按照Hamburger和Hamilton分类的22期，HH22)胚胎中肾腹侧表面的生殖脊中。此时的性腺在两性间无组织学差别，即它们都包含一个由体节细胞和性细胞组成的生殖上皮层，以及位于其下散在分布着叶间细胞的髓质。很多证据表明支持细胞前体既能发育成Sertoli细胞也能发育成颗粒细胞。Sercoli细胞在性细胞周围形成索状结构，该结构在睾丸中被称为髓质索，在卵巢中被称为皮质索，这些结构将分别发育成睾丸管和卵泡。
性腺的性别分化在本质上依赖于皮质或髓质的增殖以及生殖细胞的获得。在组织学水平最早能够观察到性别分化的时期是在孵化第6.5天(HH30)，这时在雄性性腺内部的髓质中曲细精管索(seminiferous cords)开始形成；同一时期在雌性性腺外部的皮质层开始增殖。因此，鸟类性腺的组织学分化在两性间是同时发生的，这与哺乳动物不同，哺乳动物性腺分化的明显迹象首先在雄性性腺中出现。Zaccanti等认为，在孵化第6.5天原始性腺细胞(primordial germ cell，PGC)的大小和分布存在性别差异，但由于PGC并不是性腺体细胞分化所必需的，因此很多人并不将PGC的变化作为性腺分化的标志之一。在雄性(ZZ)胚胎中，曲细精管的形成是由于睾丸束内Sertoli细胞的分化和增殖导致髓质束增厚的结果，这一过程被认为是睾丸发育的组织学分界性步骤。因此，两侧睾丸的发育以曲细精管索的分化，性细胞在曲细精管索中聚集和生殖上皮减少为特征。鸡胚中卵巢是以非对称性分化为特征的，虽然在最初两侧卵巢都会出现皮质增厚，但右侧卵巢在胚胎发育的6.5d后皮质增厚过程即已停止发育，到8.5d皮质退化为单层扁平上皮。相反，此时左侧卵巢体细胞和性细胞在皮质中增殖，皮质变得相当厚，同时髓质变得有空泡，形成所谓的腔隙。性细胞随后进入减数分裂前期，并开始卵泡发生。
2 鸡性别决定的可能机制
鸟类的性别主要由遗传决定，即性别分化是由存在于性染色体中的性别决定基因调控性腺形成卵巢或睾丸。但现在关于鸟类的ZZ雄性/ZW雌性染色体系统是由W上的雌性决定基因决定，还是Z上基因的剂量差异所决定的，或者两种机制同时存在还不清楚。哺乳动物的非整倍体变异资料为性别决定研究提供了重要的线索和依据。借鉴哺乳动物的研究，通过对鸟类ZO或ZZW表型的观察就能确定是W还是Z染色体决定着性别分化。如果W染色体的决定基因起关键作用，则携带ZZW的个体将发育成雌性，而携带ZO的个体将发育成雄性，那么Z染色体是1个拷贝还是2个拷贝将对性别无直接影响；相反，若Z染色体的剂量差异起关键作用，则携带ZZW的个体将发育成雄性，而携带ZO的个体将发育成雌性，这时W染色体是否存在将不能对性别分化造成影响。但截止目前，在鸟类性别决定的长期研究中，确定的性染色体非整倍体变异(
然而，1993年Thome和Sheldon报道一群携带
3 鸡性别决定的主要基因及其调控
参与性别分化的基因很多，如AMH(Antimüllerian hormone)，DAX1(Dosage sensitive sexreversal locus)，WT1(Wilm’s Tumour-1)，SOX3(Sry-like HMG box 3)，SF1(steroidogenic factor-1)，DMRT(DM-related Transription factor 1)，FET-1 (Female-ExPressed Transcript1)，ASW(Avian Sex related，W-linked)等，这些基因的突变或缺失会导致性腺发育不良或出现性别反转现象，且多数已被证明在鸟类性别分化过程中起着重要作用，它们有些存在于性染色体中，有些存在于常染色体中。由于对鸟类而言，其性别决定的关键基因一定存在于性染色体中，且其表达一定发生在性别开始分化时或更早的阶段。根据这两个标准，目前DMRT1、ASW和EFT1 3个基因被认为是鸟类性别决定最有可能的候选基因。相应的DMRT1基因支持Z染色体剂量效应，丽ASW和SF1基因支持W染色体决定机制。
3.1 DMRT1基因
DMRT1在哺乳动物中是一个公认的与性别决定相关的基因，由于它与果蝇(Drosophila melanogaster)的Dsx和线虫(Caenorhabditis elegans)的Mab-3两个雄性发育有关的基因同源而被鉴定。DMRT基因家族编码或被认为编码以DNA结合膜体为特征的DM域转录因子。鸡的DMRT1基因被定位在Z染色体上，而在W染色体中不存在，所以在两性间存在剂量差异。Smith等用整体原位杂交的方法研究了鸡胚胎DMRT1基因的表达，结果表明DMRT1是在鸡胚的泌尿生殖系统上特异表达的，且在性腺的性别分化期间或其后雄性比雌性表达更强烈。这种性别二向性表达至少早在4.5～5.5 d(HH 25～28)就已出现。DMRT1蛋白被初步定位在髓质索细胞的细胞核中，这里被认为是睾丸决定候选基因的关键作用部位。
按照鸟类性别决定的Z染色体剂量效应假设，在ZZ胚胎中高剂量的Z连锁基因可引发雄性发育，同时在ZW胚胎中的低剂量的Z连锁基因允许雌性发育。这一假设的基本必要条件是Z连锁的候选基因必须逃脱剂量补偿。根据早期关于Z染色体基因编码酶的研究表明，这些酶在雄性中存在较高的表达，使剂量补偿在鸟类确实没有发生的观点受到长期支持。虽然，近年来定量RT-PCR资料表明很多Z连锁基因在雄性和雌性中等量表达，但通过对新合成的mRNA进行荧光原位杂交，发现这些Z连锁基因在雄性细胞的2条Z染色体都可以转录。因此，剂量补偿即使存在，它也确实没有象哺乳动物那样使整个一条染色体被完全灭活。所以DMRT1在雄性性腺的高表达可能是缺乏剂量补偿的反映，该基因的这种特殊表达模式表明它可能是鸟类雄性发育的关键基因。Smith等通过RNAi技术抑制鸡早期胚胎中DMRT1基因的研究发现，在遗传雄性(ZZ)胚胎性腺中DMRT1蛋白表达量的下降可导致以性腺雌性化为特征的部分性反转。雌性化的左侧性腺出现类雌性的组织，紊乱的睾丸索和睾丸标志Sox9表达的下降，同时卵巢标志芳香化酶被异常激活。雌性化的右侧性腺表现更明显的DMRT1丧失和芳香化酶的激活，说明左侧和右侧性腺对DMRT1蛋白存在不同的敏感性。性细胞也表现出雌性化模式，散在分布在雌性化的雄性性腺中。这些结果说明DMRT1是鸡睾丸决定所必需的，并因此支持鸡性别决定的Z剂量假设。
3.2 FET-1和ASW基因
W决定假设认为在W性染色体上存在一个指导雌性发育的卵巢决定因子。ASW基因最初是由Hori和O′neill等两个研究团队独立鉴定的，并分别命名为WPKCI(W-linked protein kinase C inhibitor)和ASW基因。ASW基因主要局限于在泌尿生殖系统中表达，但在5d时生殖脊中的表达水平高于中肾。在卵巢中，6d时髓质中的表达高于皮质，并且在卵巢中的表达贯穿整个胚胎发育期，只是后期表达水平会下降。ASW属于HIT蛋白家族，它们都有一个组氨酸三联体(the histidine triad)。尽管鸟类ASW基因在HIT区以外保守性很高，但它本身缺乏这个关键的催化模体，该模体对于所有其它真正HIT蛋白是赋予其酶活性的部位。AST基因在鸡W染色体上重复超过40次，这在突胸类鸟中是保守的，并且系统发生研究表明这一基因在进化中经历过正向选择。然而，这些证据还无法确定是否ASW基因启动了鸡胚向雌性分化。
Reed和Sinclair在对鸡性腺的差异表达基因进行扫描的过程中发现了另一个鸟类卵巢决定候选基因FET1。FET1与ASW无关，但被定位在W染色体短臂的常染色质中，并在Z染色体上没有发现其同源序列，且其表达只出现在雌性的泌尿生殖系统中。FET-1在性腺中的表达最早在3.0 d时被发现(HH 20)，表达相对较低。这一时期性腺以不连续的结构第一次出现，但是从3.0 d到4.0 d(HH 24)左侧和右侧的性腺表达量相同。在4.5 d(HH 25)FET-1在左侧卵巢表达明显增加，雌性性腺的不对称表达从4.5 d(HH 25)到6.0 d(HH 29)。在6.5 d(HH 30)，即在不平衡表达后只有6 h，FET-1表达在左侧性腺急速下降。FET-1的表达在卵巢皮质中明显比髓质强。早期有两性发育潜力性腺的皮质在雌性中是卵泡生长和卵子发生的位置。在相同胚龄的雄性性腺中没有检测到该基因的表达。FET1在时间和空间上的表达和其在W染色体上的定位说明其在卵巢发育过程中可能扮演重要角色。
虽然近几年关于DMRT1、ASW和EFT1等相关基因表达及其功能的研究很多，但目前还无法确定具体由哪一个基因启动鸡胚的性别分化，性别分化相关基因间的关系也没有得到确定。要开展相关研究，通过转基因手段使它们过表达或使其沉默后观察性腺的发育情况被认为是有效的办法。
作者单位：(西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100)
注明：国家自然科学基金（30700566），西北农林科技大学基本科研业务费专项资金项目（QN2009018）
