性腺发育和性别决定

第八章性腺发育和性别决定性腺的发生在个体发育中属于器官发生的内容，它的发育过程与动物的生殖生理有密切的联系。性腺发育在个体性别决定上占有主导地位。性腺是生殖细胞定植和分化成熟的场所，它对子代的发育程序设定有重要的作用。性别表现型的决定公元前335年，Aristotle指出性别决定于热，当母亲子宫的冷超过父亲的精热时子代发育为雌性，雌性是发育不健全的雄性17-18世纪，已认识到雌性可以产生能够传递亲本性状的卵子。19世纪末之前，人们认为温度、营养、年龄等环境因素决定了性别。有利于能量和营养储存的因子将使一个人生产女婴，而有利于能量和营养利用的因子则使人生产男婴。‣20世纪初，Mendel定律重新发现(1900)、McClung发现性染色体(1902)、Stevens和Wilson在昆虫上发现了性染色体组成与性别关系(male=XYorXOwhilefemale=XX)(1905)，从而认识到遗传物质在性别决定中起重要作用。多细胞生物性别表达和决定方式的多样性多细胞生物均采取了两性（雌雄）的性别模式。多细胞生物的有性繁殖有雌雄异体、雌雄同体（植物中又包括有雌雄同花、异花现象）、性别转换、孤雌生殖等不同的方式。性别决定集中表现在性腺的发育选择上（初级性别决定），但是性别现象还包括有性附属器官、性别特征以及性行为等方面（次级性别决定）。性别发育受基因的控制，但是它的个体表达选择又有不同的方式：通过有性过程中染色体的不同组合方式带动子代基因的差异分配；通过环境因素影响的方式决定基因的选择性表达。性别决定是一个复杂的生物学现象，它受多种基因的控制，在基因与表型的最终实现之间有许多的发育调控环节，它为性别的多样性表达展开广阔的发展空间.1.初级性别决定（Primarysexdetermination）指生殖腺发育为睾丸或卵巢的选择。胚胎生殖腺(gonad)的发育命运决定于其染色体组成，Y染色体的存在使生殖腺的体细胞发育为精巢而非卵巢。哺乳动物有初级和次级性别决定现象一、哺乳动物的性别决定人性腺形态发生过程A、胚胎生殖嵴具有发育的双潜能性B、六周生殖索发育但尚无性别差异C-D、睾丸发育生殖索脱离与皮层的联系，自成网络，与中肾管通连E-F、卵巢发育除皮质外，生殖索大部分退化，原始卵泡形成，穆勒氏管将发育为输卵管哺乳动物性腺及其生殖管道发育概况SRY是通过分析XX的men和XY的women的DNA而发现的。它是一种编码223aa的转录因子，含有HMGDNA结合区。精巢决定基因为Y染色体上的SRY基因（1）精巢发生的基因决定小鼠Sry基因存在于Y染色体上，在未分化的生殖腺和正在分化为睾丸的生殖腺中表达。转Sry基因的XX小鼠可长出精巢和雄性特征，但不能产生正常的精子。A电泳示正常XY雄性小鼠（1）和转基因XX小鼠（3）都有Sry基因表达，而同窝出生的正常XX雌性小鼠（2）则没有该基因表达B转基因XX小鼠(右)发育有雄性外生殖器，与XY雄性小鼠(左)相似SRY对精巢发育影响的实验证据Sox9：小鼠的Sox9只在雄性生殖嵴中表达，表达时间比Sry约晚。SOX9基因的缺失使出生的个体很快死亡。SF1：在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表达，但分化开始后就局限在XY小鼠正在发育的睾丸中。在睾丸的间质细胞中，它可激活几个与激素合成有关的酶基因。与精巢命运决定有关的常染色体基因SF1基因对睾丸的发育是必须的A敲除SF1基因的小鼠没有肾上腺和睾丸发育B对照组睾丸正常发育C原位杂交显示SF1表达在发育早期的睾丸中雄性：在单拷贝的情况下，Y染色体上的SRY基因产物在竞争中强于X染色体上的DAX1的基因产物，决定了睾丸发育。雌性：只有一条X染色体上的DAX1活化(另一拷贝位于不活跃的X染色体上)，其基因产物决定了卵巢发育。与卵巢命运决定有关的X染色体基因DAX1：它编码细胞核激素受体，是X染色体上潜在的卵巢决定基因。障碍（2）卵巢发生的基因决定与卵巢命运决定有关的常染色体基因WNT4：是常染色体上潜在的卵巢决定基因。小鼠Wnt4在分化前的XX和XY生殖嵴中都表达，其后只在XX生殖腺中表达。哺乳动物的性别决定机制2.次级性别决定（secondarysexdetermination）指睾丸或卵巢形成后，由它们分泌的激素来影响性器官的发育。在出现睾丸的胚胎中，缪勒氏管退化，而乌尔夫氏管分化为输精管、附睾、精囊。在出现卵巢的胚胎中，乌尔夫氏管退化，缪勒氏管分化为输卵管、子宫等。1.抗缪勒氏管激素(anti-Mullerianducthormone,AMH)：由睾丸支持细胞分泌的560aa糖蛋白，其作用可能是诱导缪勒氏管周围的间质细胞分泌一种促凋亡因子，使缪勒氏管退化。MullerianductWolffianductMullerianductWolffianduct雄激素2.睾丸酮：由睾丸间质细胞合成，其作用是诱导中肾管分化为输精管、精囊、附睾。3.二氢睾丸酮：由睾丸酮转变而成，其作用是指导生殖结节和尿殖窦分化为阴茎和前列腺。在female胚胎中，雌激素由卵巢合成，它诱导缪勒氏管分化为雌性器官。在male胚胎中，雌激素由肾上腺合成，它使乌尔夫氏管细胞吸收睾丸中的水分，有助于增加精子的寿命和数量。雌激素(estrogen)该患者携带SRY基因testesAMHMullerianductdegenerationuterus、oviducttestosteroneNoandrogenreceptor输精管、精囊、附睾。患雄激素不敏感综合症的XY型个体1.果蝇的性别决定于X染色体与常染色体的数量比:X染色体上的性别决定基因叫分子基因(numerator)，而常染色体上的性别决定基因叫分母基因(denominator)。二者之比0.5时，个体将发育为雄性。二、果蝇的性别决定—————————————————————————————————————————————X染色体常染色体倍数X：A比率性别321.50超雌性431.33超雌性441.00正常雌性331.00正常雌性221.00正常雌性230.66中间性120.50正常雄性130.33超雄性果蝇副性特征决定方式可产生两性嵌合体现象发育中途，由于可能出现X染色体丢失，使成体一些细胞染色体组型发生变化，带来两性特征嵌合的现象。图中左半边是雌性（XX型），右半边是雄性（XO型）雌性表达dsx基因以雌性个体方式转录，同时开启了进一步的雌性分化基因的表达和抑制了雄性分化基因的表达同时Sxl基因的雌性特异表达方式抑制了X染色体上作为雄性补偿的相关基因的表达控制果蝇雌性的关键基因是sexlethal(sxl)雄性表达dsx基因以雄性个体方式转录，同时开启了进一步的雄性分化基因的表达和抑制了雌性分化基因的表达由于Sxl、tra基因的无功能表达，使msl基因获得表达，其产物激活了位于X染色体上的雄性补偿基因雄果蝇性别决定与哺乳动物比较1果蝇同样通过染色体分配的方式实现后代的性别决定2性别决定由X染色体倍数（1或者2）与常染色体倍数（2n）的比值决定，Y染色体并没有性别决定的作用，它只在发育后期才发挥对精子的活化作用3果蝇不产生性激素，其副性特征由身体相关部位的染色体组型决定三、线虫的性别决定线虫性别决定同样是通过X染色体与常染色体倍数比决定的，即同样存在分子基因和分母基因两套基因。线虫中与果蝇Sxl对应的基因是xol-1基因。线虫性别决定的结果是雌雄同体和雄性个体两种性别类型。0.2%maleprogeny50%maleprogeny雌雄同体线虫的雌雄同体和雄性个体例1爬行动物的孵化温度和性别决定的关系四、环境因素对性别发育的影响A.两种蜥蜴，高温导致雄性比率骤增B.七种乌龟，高温导致雌性比率骤增全部雌性全部雌性全部雄性全部雄性例2螠虫Bonellia的性别决定于栖息环境雌性个体大约10厘米长，吻伸展后能超过一米，共生在雌性体内的雄性个体仅有1-3毫米把幼虫置于普通海水中，大部分发育为雌性；把幼虫置于含有雌性吻碎片的海水中，大部分发育为雄性例3蜗牛Crepidula的性别决定于位置Crepidula的性别由位置决定，上位发育为雄性，下位发育为雌性，图中两个个体正在从雄性转变为雌性，转变完成后，它们由上面的雄性蜗牛授精