第十七章性腺發(fā)育和性別決定本章重重點(diǎn)難點(diǎn)：哺乳動(dòng)物性腺發(fā)育哺乳動(dòng)物性別決定性別決定：從生物育種學(xué)看，指有性繁殖生物中，產(chǎn)生性別分化，并形成種群內(nèi)雌雄個(gè)體差異的機(jī)理。細(xì)胞分化與發(fā)育上，由于性染色體上性別決定基因的活動(dòng)，胚胎發(fā)生了雄性和雌性的性別差異。從遺傳學(xué)上看，則是在有性生殖生物中決定雌、雄性別分化的機(jī)制。有關(guān)性別決定的研究歷史20世紀(jì)初，Mendel定律重新發(fā)現(xiàn)(1900)、McClung發(fā)現(xiàn)性染色體(1902)、Stevens和Wilson在昆蟲(chóng)上發(fā)現(xiàn)了性染色體組成與性別的關(guān)系(male=XYorXO,female=XX)(1905)，從而認(rèn)識(shí)到遺傳物質(zhì)在性別決定中起重要作用。20世紀(jì)50年代，確立了哺乳動(dòng)物性別決定的兩條規(guī)律：性腺的分化決定了性別的分化；Y染色體決定雄性。不同的生物，性別決定的方式也不同。性別的決定方式有：環(huán)境決定型(溫度決定，如很多爬行類動(dòng)物)；染色體形態(tài)決定型(本質(zhì)上是基因決定型，比如人類和果蠅等XY型、矢鵝和蛾類等ZW型)等等。年齡決定型(如鱔)；鱔具有性逆轉(zhuǎn)性，一生中先雌后雄。從胚胎至性成熟期，即鱔魚(yú)1--2冬齡，體長(zhǎng)30厘米以下者一般為雌性。雌鱔產(chǎn)卵后，進(jìn)入雌雄間體期，這時(shí)鱔魚(yú)無(wú)繁殖能力，并且性別較難鑒別。隨著年齡和體長(zhǎng)的增加，雌性卵巢也逐漸變?yōu)榫?，過(guò)渡到雄性。鱔魚(yú)體長(zhǎng)在50厘米以上者一般為雄性，而且終生為雄性性逆轉(zhuǎn)：是指?jìng)€(gè)體由一種性別轉(zhuǎn)變成另一種性別的現(xiàn)象。性逆轉(zhuǎn)的動(dòng)物主要是因?yàn)轶w內(nèi)既有雄性生殖器官又有雌性生殖器官，只是一般會(huì)表現(xiàn)出一種，而當(dāng)某些時(shí)候，被抑制的另一個(gè)器官被激發(fā)，從而顯示另一種性別染色體數(shù)目決定型(如蜜蜂和螞蟻)；蜂王和工蜂都是雌性，是由受精卵發(fā)育而來(lái)，每個(gè)體細(xì)胞中含有32條染色體，兩個(gè)染色體組，是二倍體；雄蜂個(gè)體在群體中的數(shù)目很少，是由未受精的卵細(xì)胞發(fā)育而來(lái)的，體細(xì)胞中含有16條染色體，一個(gè)染色體組，是單倍體。性別決定(sexdetermination)是指細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)對(duì)性別的作用而言。受精卵的染色體組成是性別決定的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類性分化的過(guò)程：染色體性別確定，男性46,XY，女性46,XX性腺分化生殖管道及外生殖器分化第一節(jié)哺乳動(dòng)物性腺的發(fā)育性腺主要指男性的睪丸、女性的卵巢。睪丸可分泌男性激素睪丸酮（睪酮），其主要功能是促進(jìn)性腺及其附屬結(jié)構(gòu)的發(fā)育以及副性征的出現(xiàn)，還有促進(jìn)蛋白質(zhì)合成的作用。卵巢可分泌卵泡素、孕酮、松弛素和雌性激素。性腺原基正常具有兩種選擇，當(dāng)它分化時(shí)，它能發(fā)育為或是卵巢（ovary），或是精巢（testis）。性腺原基采取分化的類型決定了機(jī)體將來(lái)性別的發(fā)育。性腺原基在分化決定之前既不具有雌性的特點(diǎn)，也不具有雄性的特點(diǎn)。一、未分化性腺的發(fā)生人類性腺原基在妊娠4周時(shí)出現(xiàn)于中間的中胚層，直到7周之前一直處于未分化狀態(tài)。未分化性腺的發(fā)生：中腎嵴中段中胚層一生腎索一尿生殖嵴（第5周）生殖腺嵴生殖索繆勒氏管mullerianduct在脊椎動(dòng)物，是和中腎管平行生成的中胚層性的管，有的來(lái)源于前腎管，有的來(lái)源于體腔壁。和中腎不聯(lián)系。雄性的已退化，雌性的發(fā)育成輸卵管。烏氏夫氏管：在雄性中發(fā)育為輸精管、附睪和儲(chǔ)精囊，在雌性中退化。XY生殖索到妊娠8周一直持續(xù)增殖，并向深處延伸到結(jié)締組織中，形成生殖索網(wǎng)和睪丸網(wǎng)，最后被一層厚的白膜將它們分隔開(kāi)。生殖細(xì)胞處于睪丸的生殖索中，處于實(shí)心的結(jié)構(gòu)。到青春期變成中空的結(jié)構(gòu)，發(fā)育成生精小管，而生殖細(xì)胞開(kāi)始精子形成。原始性索一曲精小管、直精小管、睪丸網(wǎng)曲精小管內(nèi)間充質(zhì)細(xì)胞一支持細(xì)胞（Sertolicell）原始生殖細(xì)胞一精原細(xì)胞曲精小管間的結(jié)締組織一睪丸間質(zhì)細(xì)胞(Leydigcell)(第8周出現(xiàn))在胎兒發(fā)育時(shí)期，睪丸中的間質(zhì)細(xì)胞已分化為睪丸間質(zhì)細(xì)胞，它們能分泌睪酮。睪丸索的細(xì)胞分化為支持細(xì)胞，它們?yōu)榫犹峁I(yíng)養(yǎng)和分泌抗繆勒管的激素。三、卵巢的發(fā)生：比睪丸晚6-7周分化如果胚胎的細(xì)胞核型是46,XX，體細(xì)胞及原始生殖細(xì)胞膜表面無(wú)H-Y抗原，原始生殖腺則發(fā)育為卵巢。XX胎兒生殖細(xì)胞位于靠近性腺的外表面，其生殖索不僅不像雄性那樣繼續(xù)增殖，而且發(fā)生退化。然而，很快上皮產(chǎn)生一組新的生殖索，它并不深入到基質(zhì)中，而是停留在性腺的外表面(皮質(zhì))的附近。因此，它們稱為皮質(zhì)生殖索。生殖索斷裂成簇，每簇圍繞一個(gè)卵，上皮生殖索分化為顆粒細(xì)胞，卵巢間質(zhì)細(xì)胞分化為卵泡膜細(xì)胞。它們共同形成卵泡，圍繞著生殖細(xì)胞，它們能分泌類固醇激素。雌性的繆勒氏管保持完整并分化為輸卵管、子宮、子宮頸和上陰道。烏爾夫氏管因?yàn)閱适Я瞬G酮的影響而退化。原始性索退化皮質(zhì)索形成一原始卵泡中央的原始生殖細(xì)胞一卵原細(xì)胞一初級(jí)卵母細(xì)胞周圍的間充質(zhì)細(xì)胞一卵泡細(xì)胞睪丸和卵巢形成以后，由它們分泌的激素來(lái)影響性器官的形成。在出現(xiàn)睪丸的胚胎中，中腎旁管退化，而中腎管分化為輸精管、附睪和精囊。在出現(xiàn)卵巢的胚胎中，中腎管退化，中腎旁管分化為輸卵管、子宮等。第二節(jié)哺乳動(dòng)物的性別決定哺乳動(dòng)物的性別決定：?初級(jí)性別決定(primarysexdetermination)即性腺的決定，取決于性染色體X、Y，雄性為XY，雌性為XX。次級(jí)性別決定(secondarysexdetermination)即性別分化(sexdifferentiation)由性腺分泌的激素決定。性別分化是指受精卵在性別決定的基礎(chǔ)上進(jìn)行雌性或雄性性狀分化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，性別作為一種性狀，主要受遺傳物質(zhì)的制約，但同時(shí)環(huán)境因素和激素等物質(zhì)也起著及其重要的作用。一、初級(jí)性別決定：指生殖腺發(fā)育為睪丸或卵巢的選擇。胚胎生殖腺的發(fā)育命運(yùn)決定于其染色體組成，Y染色體的存在使生殖腺的體細(xì)胞發(fā)育為睪丸而非卵巢。初級(jí)性決定取決于染色體，一般不受環(huán)境的影響。在大多數(shù)情況下，雌性是XX，雄性是XY。當(dāng)卵同帶X染色體的精子結(jié)合為受精卵時(shí)，發(fā)育出卵巢，為雌性；當(dāng)卵同帶Y染色體的精子結(jié)合時(shí)，發(fā)育出睪丸，為雄性。1、哺乳動(dòng)物精巢決定的Y染色體基因現(xiàn)已確認(rèn)，Y染色體的短臂上存在人類睪丸決定因子（TDF）。一個(gè)個(gè)體出生時(shí)具有Y染色體的短臂，但無(wú)長(zhǎng)臂，為雄性；反之則為雌性。TDF即為SRY基因，在進(jìn)化過(guò)程中高度保守，在果蠅、兩棲類、鳥(niǎo)類和其它哺乳動(dòng)物中均發(fā)現(xiàn)了SRY基因的同源基因。SRY基因，雄性的性別決定基因，指Y染色體上具體決定生物雄性性別的基因片段。睪丸決定基因一Y染色體上的SRYSry基因位于Y染色體的35000堿基對(duì)的區(qū)域；Sry基因編碼一個(gè)含有223個(gè)氨基酸的肽；SRY為轉(zhuǎn)錄因子：含有HMG（高泳動(dòng)類非組蛋白）-box的DNA結(jié)合域；AMF和P450芳構(gòu)化酶的啟動(dòng)子（為涉及睪丸酮合成的基因）有SRY結(jié)合位點(diǎn)一一至少有兩個(gè)涉及第二性征決定的基因。Sry對(duì)睪丸發(fā)育的影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)小鼠Sry基因的HMGbox與人有71%同源，在發(fā)育中的表達(dá)非常嚴(yán)格，恰好在兩性形態(tài)分化之前的生殖嵴中表達(dá)，性腺?zèng)Q定后表達(dá)停止。轉(zhuǎn)Sry基因的XX小鼠可長(zhǎng)出睪丸和雄性特征，但不能產(chǎn)生正常的精子。2、在精巢決定中的常染色體基因Sox9：為含有HMGDNA結(jié)合域的轉(zhuǎn)錄因子。含有一個(gè)額外SOX9的XX個(gè)體將發(fā)育為雄性；而75%的只含有一個(gè)有功能的SOX9的XY個(gè)體發(fā)育為female或兩性人。SOX9基因在早期胚胎發(fā)育中的表達(dá)與間質(zhì)細(xì)胞從中腎管移出形成精巢有關(guān)。SF1（類固醇生成因子）：為含HMGDNA結(jié)合區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子。sf1在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表達(dá)，但分化開(kāi)始后就局限在XY小鼠正在發(fā)育的睪丸中。在AMH基因上發(fā)現(xiàn)了SF-1的結(jié)合位點(diǎn)，并對(duì)AMH的激活是必需的。而在睪丸的間質(zhì)細(xì)胞中，它可激活睪丸酮合成酶基因。3、與卵巢命運(yùn)決定有關(guān)的X染色體基因DAX1：它編碼細(xì)胞核激素受體，是X染色體上的潛在的卵巢決定基因。小鼠Dax1在生殖細(xì)胞中表達(dá)可能拮抗Sry的活性，DAX1表達(dá)增加可能導(dǎo)致性別逆轉(zhuǎn)。4、與卵巢命運(yùn)決定有關(guān)的常染色體基因WNT4:是常染色體上的潛在的卵巢決定基因。小鼠Wnt4在分化前的XX和XY生殖嵴中都表達(dá)，其后只在XX生殖腺中表達(dá)。Sry的作用可能是抑制生殖嵴中Wnt4的表達(dá)和促進(jìn)Sf1的表達(dá)。初級(jí)性別決定由未分化的性腺發(fā)育為精巢和卵巢，與Y染色體短臂上的sry基因及可能與常染色體或與X染色體相連的“taxi基因”等有關(guān)。二、次級(jí)性別決定次級(jí)性別決定:指睪丸或卵巢形成后，由它們分泌的激素來(lái)影響性器官的發(fā)育。包括雄性的陰莖、精囊、前列腺；雌性的陰道、子宮頸、子宮、輸卵管、乳腺和常有性別特異的個(gè)體大小、聲帶軟骨和肌肉系統(tǒng)。這些次級(jí)性征通常是由性腺分泌的激素所決定的。精巢分泌兩種主要的激素：第一種是抗繆勒氏管激素，第二種激素為睪酮。卵巢分泌雌激素。1.抗繆勒氏管激素(AMH)抗繆勒氏管激素(AMH):由睪丸生精管支持細(xì)胞分泌的560aa糖蛋白。(1)抗繆勒氏管激素的作用可能是誘導(dǎo)繆勒氏管周圍的間質(zhì)細(xì)胞分泌一種促凋亡因子，使繆勒氏管退化?？娎帐瞎苁窃诩棺祫?dòng)物和中腎管平行生成的中胚層性管，有的來(lái)源于前腎管，有的來(lái)源于體腔壁。和中腎不聯(lián)系。繆勒氏管分化的命運(yùn)：雄性的已退化，雌性的發(fā)育成輸卵管、子宮、子宮頸和上陰道。2、睪丸酮(testosterone):由睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成，其作用是誘導(dǎo)中烏爾夫氏管分化為輸精管、精囊、附睪。烏氏夫氏管的分化命運(yùn)：在雄性中發(fā)育為輸精管、附睪和儲(chǔ)精囊，在雌性中退化。3、二氫睪丸酮(dihytestosterone，DHT):由睪丸酮轉(zhuǎn)變而成，其作用是控制外生殖器官的形成，如陰囊和陰莖的形成。4、雌激素(estrogen):在雌性胚胎中，雌激素由卵巢合成，它誘導(dǎo)繆勒氏管分化為雌性器官。在雄性胚胎中，雌激素由腎上腺合成，它使中腎旁細(xì)胞吸收睪丸中的水分，有助于增加精子的壽命和數(shù)量。三、哺乳動(dòng)物性別決定的機(jī)制1.H-Y抗原決定假說(shuō)(1)H-Y抗原的發(fā)現(xiàn)1955年，Eichvald等人以高度自交的純系鼠一-B6小鼠做個(gè)體之間的皮膚移植實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雄鼠的細(xì)胞表面具有一種在雌鼠中沒(méi)有的抗原，由于雄鼠性染色體是XY,雌鼠是XX,人們自然聯(lián)想推測(cè)，雄鼠所特有的這種抗原應(yīng)當(dāng)是受Y染色體上某種基因所決定的，因此稱這種抗原為組織相容性Y抗原，簡(jiǎn)稱H-Y抗原。H-Y抗原具有高度的進(jìn)化保守性:以小鼠的H-Y抗血清能與人、各種哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類、爬行類、兩棲類和魚(yú)類，甚至無(wú)脊椎動(dòng)物的異配性別個(gè)體發(fā)生免疫交叉反應(yīng)。H-Y抗原總是與性別分化保持一致:在各種動(dòng)物之中，雄性異配XY個(gè)體都可檢測(cè)到H-Y抗原，而同配的XX個(gè)體則無(wú)H-Y抗原。H-Y抗原的表達(dá)不受激素影響:其表達(dá)早于體內(nèi)激素的合成分泌，這說(shuō)明H-Y抗原的功能作用是在胚胎原始性腺分泌之前。人的H-Y抗原基因被定位于Y染色體上的*11—qter區(qū)段。正由于H-Y抗原有這些特點(diǎn)，所以在20世紀(jì)80年代，生物學(xué)界曾普遍認(rèn)為H-Y抗原基因有可能是人類及哺乳動(dòng)物性別決定中的關(guān)鍵基因。TDF決定假說(shuō)由于在人和哺乳動(dòng)物之中，性別決定分化的關(guān)鍵事件是胚胎性睪丸能否形成，因此有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，科學(xué)家們都致力于在Y染色體上尋找一個(gè)關(guān)鍵基因——睪丸決定因子基因TDF(testisdeterminingfactor)。1990年，Sinclair等人又在Y染色體短臂近末端區(qū)分離克隆出一個(gè)稱為性別區(qū)基因$日丫，目前學(xué)術(shù)界已普遍認(rèn)為SRY基因是TDF的最佳侯選基因，這是因?yàn)镾RY基因有四個(gè)特點(diǎn)：是一個(gè)在進(jìn)化上高度保守的基因；在人和哺乳動(dòng)物中，只有雄性才具有；是一個(gè)調(diào)控基因，只在初級(jí)性別決定的生殖嵴上表達(dá)；通過(guò)轉(zhuǎn)SRY基因小鼠實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了性反轉(zhuǎn)小鼠。劑量效應(yīng)假說(shuō)劑量效應(yīng)假說(shuō)認(rèn)為在每條正常的X和Y染色體上，均具有一個(gè)與性腺分化有關(guān)的基因座，稱為GDL(gonaddifferentiationlocus)。當(dāng)一個(gè)染色體組中存在有兩個(gè)具遺傳活性的GDL貝時(shí)，即兩個(gè)GDL都能正常轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄出兩份蛋白質(zhì)產(chǎn)物就能促使未分化的原始性腺發(fā)育成為睪丸，但如果僅存在一個(gè)有活性的GDL時(shí)，其產(chǎn)物就不足促使睪丸分化，而代之發(fā)育成為卵巢劑量效應(yīng)假說(shuō)的核心觀點(diǎn)是，GDL產(chǎn)物對(duì)性別決定分化的誘導(dǎo)和控制作用是定量式的，并且在性別分化之中，GDL的作用還要與其它的基因作用相配合。第三節(jié)果蠅的性別決定、果蠅染色體性別決定20世紀(jì)初，遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明果蠅性別由X染色體和常染色體數(shù)的比率(X:A)(性指數(shù))決定，即X:A的比值形成了最初的個(gè)體性別決定信號(hào)。Y染色體只決定成年雄性個(gè)體精子的形成，而不決定性別。X染色體上的性別決定基因叫分子基因(numerator)，而常染色體上的性別決定基因叫分母基因(denominator)。二者之比口0.5時(shí)，個(gè)體將發(fā)育為雄性。性指數(shù)決定性別的機(jī)制是建立于卵巢和早期合子中合成的基因產(chǎn)物的互作。sxl基因一果蠅性別決定的樞紐果蠅性別決定的第一階段是X:A的比例信號(hào)。在體細(xì)胞性別決定中，X:A比例信號(hào)是通過(guò)sxl起作用的。sxl基因的早期功能是XX胚胎啟動(dòng)雌性發(fā)育途徑和維持兩個(gè)染色體適量轉(zhuǎn)錄水平所必需的。在果蠅囊胚形成前或形成時(shí)，通過(guò)對(duì)性指數(shù)的計(jì)量決定是否打開(kāi)Sx1基因。Sx1基因是性別決定的總開(kāi)關(guān)，它能永遠(yuǎn)保持在“開(kāi)”和“關(guān)”的狀態(tài)。當(dāng)X:A轉(zhuǎn)錄因子濃度達(dá)到一定(X:A=1.0)，Sxl基因處在“開(kāi)”的狀態(tài)。而在雄體中X:A=0.5轉(zhuǎn)錄因子未能達(dá)到一定的域值，Sx1基因處于關(guān)閉狀態(tài)。第四節(jié)環(huán)境決定性別在低等脊椎動(dòng)物中，性別決定與分化受環(huán)境因素的影響