普通遗传学-第25章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
图8…2 果蝇性染色体和常染色体间的平衡对性别的影响
表8…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A X：A 性别类型 X染色体数 常染色体倍数A X：A
超雄 3 2 1。50 中间性 3 4 0。75
4 3 1。33 2 3 0。67
雌性 4 4 1。00 雄性 1 2 0。50
3 3 1。00 2 4 0。50
2 2 1。00 超雌 1 3 0。33
注：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。
对表8…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，性染色体构型是XXXY的个体仍能表现其某些雄性特征。
舞毒蛾的性染色体类型为ZW型，雌性ZW，雄性ZZ，且常见中间性别的雌雄嵌合体。与布里奇斯不同，有人在研究舞毒蛾（Lymantria dispar）的基础上，提出了细胞质因子和性染色体平衡决定性别的观点。并认为，舞毒蛾的性别是由存在于细胞质中的雌性决定因子（F）和位于Z染色体的雄性决定因子（M）的相对强度的平衡而决定的。该学说规定雌性公式是F/M（F》M），雄性公式是F/MM（MM＞F）。而且，F和M决定子在不同亚种中效力不同，其相对强度在同一亚种中大致相同。有强的和弱的F因子，也有强的和弱的M因子。如果强的F因子和弱的M因子的雌体与有不同强度的M因子的品种杂交，其ZZ后代即使遗传上的雄性，也不一定是表型的雄性。如果引入的M因子是强的，则后代是雄性；如果引入的M因子是弱的，则后代表型是雌性。当雄的和雌的决定子处于平衡时，则产生中间性别。
8。1。1。3 染色体组倍数与性别
在膜翅目昆虫中的蚂蚁、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（Habrobra）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。
有人在实验室中研究发现，从受精卵培育出的小茧蜂有些是二倍体的雄蜂，其他来自未受精卵的雄蜂则是单倍体，但所有的雌蜂都是二倍体。实验结果证实了某些染色体节段的纯合型和杂合型状态控制着性别的决定。更确切地说：单倍体雄蜂有Xa、Xb或Xc节段，二倍体雄蜂则是XaXb，XaXc或XbXc，因此就推测必须有不同的等位基因的互补作用才能有雌蜂的产生。任何等位基因，不论是在成单或成双的情况下，如果都没有与之起交互作用的互补基因，就会产生出雄蜂来。
8。1。1。4 H…Y抗原与性别
1。 Y染色体与H…Y抗原
20世纪50年代在高度近交系小鼠中进行皮肤移植实验时发现：同性个体之间的皮肤移植或将雌性个体的皮肤移植到雄性个体身上时，均不出现免疫排斥反应；但是，若将雄性的皮肤移植到雌性个体身上则发生排斥反应；这表明雄性组织中存在某种为雌性所不具有的组织相容性抗原，他们把这种具有雄性特异性的组织相容性抗原称为H…Y抗原（Histopatibility Y antigen）。在XY型性决定体系中H…Y抗原存在于雄性个体中，在ZW型性决定体系中，H…Y抗原在雌性中表达。由此可见，H…Y抗原依附于异型性染色体。后来有人提出H…Y抗原直接或间接诱导原始性腺分化为睾丸的假说，这就是20世纪70~80年代人们曾广泛认同的H…Y抗原性别决定说。进而有人推测：H…Y抗原基因就是睾丸决定因子（testis determining factor； TDF）。但是，后来在小鼠中发现XX雄性（性反转所致）却不具有此种抗原，因此，否定了H…Y抗原性决定说。
关于H…Y结构基因的定位，较早的研究结果大多倾向于Y连锁假说，近年来，认为H…Y结构基因位于常染色体上并受到Y染色体和X染色体上基因的调节的理论愈来愈引起人们的重视，因为这个假说更为合理地解释了众多现象。
2。 H…Y抗原与性别分化
在哺乳动物中，Y染色体决定雄性性别而不受X染色体数量的影响。通常是没有Y染色体只有X染色体的为雌性。但在胚胎期性分别化前，性腺具有向雄性分化和向雌性分化的潜能。Y染色体的雄性决定是使原始的未分化的性腺分化成睾丸，新形成的睾丸分泌雄性激素，使雄性性征继续发育。若无雄性激素的作用，未分化的性腺自然地向雌性方向分化。
近年来发现编码H…Y抗原的基因与睾丸分化的启动密切相关。据报导，用H…Y抗血清处理新生雄鼠睾丸细胞，封闭细胞膜上的H…Y抗原，继续培养16小时，在培养过程中新产生的H…Y抗原继续被培养液中多余的H…Y抗体所封闭。处理后，睾丸细胞失去了H…Y抗原作用，使其形成球状聚合体，大多类似卵巢中的卵泡细胞。在同样条件下用不含H…Y抗体的对照血清处理，睾丸细胞仍保留有H…Y抗原，形成柱形管状结构，类似曲精小管。又例如，分泌到培养液中的新生雄鼠睾丸组织产生的H…Y抗原，可使新生鼠的卵巢组织转化为睾丸组织。也有人将人的H…Y抗原加入到体外培养的胎牛卵巢中，5天内卵巢可转变为睾丸。以上事实说明，原始性腺分化为睾丸，H…Y抗原对此起着重要的作用，所以认为它是性别分化的决定性因素之一。
8。1。1。5 性别决定基因
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TDF基因，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。
1987年，佩奇（D。C。Page）等人的研究指出，Y染色体短臂上有一个锌指蛋白ZFY基因（zinc finger Y gene；ZFY）。该基因在进化上高度保守，并且存在于所有真兽亚纲动物Y染色体上。但在X染色体上还存在一个同源基因ZFX，ZFX和XFY是高度同源的，其产物是具有锌指结构的蛋白质。而锌指结构DNA结合活性是紧密联系的，这就意味着ZFY可能是一个XX雄性中没发现ZFY的存在以及在X染色体ZFY和常染色体上类似ZFY片段（ZFA）的发现，ZFY作为TDF的候选者又被否定了。
1989年，帕尔默（M。S。Palmer）等人在对3个XX男性和一个XX中间性人的研究中没有证实ZFY的存在，但却在他们中检测到了Y染色体上1A1区段。这说明TDF位于1A1小区而不是在1A2小区内，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35~40kb的Y特异性序列片段。这表明TDF可能就在靠近拟常染色体区域（pseudoauto…somal…region，PAR）的35kb序列内。对这一区域进一步研究发现，TDF位于距PAR边缘5kb处的一个片段。根据它的染色体上的位置，人们将其命名为Y染色体性别决定区（sex…determiningregion of Y chromosome），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基因为主导的、多基因参与的有序协调表达过程。迄今为止，在人类已发现包括SRY在内至少有6种基因（SRY、SOX9、AMH、WT…1、SF…1及DAX…1）参与了胚胎中性别决定从未分化原生殖嵴开始两性内生殖器官形成的过程。
8。1。2 植物性别决定
8。1。2。1 性染色体决定性别
高等植物的性别表现多种多样。一些植物中，在同一个花中具有雌雄两种性器官，称为雌雄同体（花）（hermaphroditic）（如玫瑰）；一些植物雌雄异花同株，称雌雄同株（monoecisn）（如玉米），这些与雌雄同体动物相同。在雌雄异株的植物中，雄株的花仅有花药，雌株的花仅有子房。其中有一些雌雄异株植物具有一异配的染色体与植物的性别有关，这种异配性染色体多为XY型，为类果蝇（drosophila…like）性别系统。表8…2给出了一些雌雄异株植物的性决定染色体。还有一些雌雄异株植物没有明显的异配染色体，它们仍可能有性染色体存在，只是尚未被鉴定出来。其他雌雄异株植物具有决定性别的异型染色体，但不同的性别组成比果蝇的XY型更复杂，这里不考虑这些系统。
表8…2 一些雌雄异株植物的性染色体
物 种 染色体数目 性染色体组成
雌性 雄性
大麻（hemp）（Cannabis sativa） 20 XX XY
蛇麻草（hop）（Humulus lupulus） 20 XX XY
段模草（dock）（Rumex angiocarpus） 14 XX XY
女娄菜（campion）（Melandrium album） 22 XX XY
8。1。2。2 两对基因决定性别
玉米是雌雄同株的植物，雌花为圆锥花序，生长在植株中部的叶腋间，雄花为穗状花序，生长在植株的顶端。
正常的雌雄同株玉米，雌花序是由显性基因Ba控制，雄花序是由显性基因Ts控制，基因型为BaBaTsTs。当基因Ba突变为ba时，一对纯合基因baba就会使植株不能长出雌花序而成为雄株，因此，雄株的基因型为babaTsTs或babaTsts。当基因Ts突变为ts时，纯合等位基因tsts就会使植株的雄花序变成雌花序，可以通过受精结出种子，成为雌株，基因型为BaBatsts或Babatsts。当ba和ts均为隐性纯合时，即babatsts时，雄花序上长出雌穗，变成雌株（图8…3）。
图8…3 玉米的性别
正常株：BaBaTsTs或BabaTsts 雄株：babaTsTs或babaTsts
雌株：BaBatsts或Babatsts 双隐性雌株：babatsts
如果用双隐性雌株babatsts和雄株的杂合体babaTsts杂交，后代只产生雄株和雌株，比例为1：1（图8…4）。
图8…4 玉米的适宜组合可使雌雄同株转变为雌雄异株
用这些类型继续交配，就会经常产生雄株和雌株，群体也就由雌雄同株的类型变为雌雄异株的类型。因为Ts基因位于染色体1上，实质上这个染色体已变成为一个性染色体，所以，它与动物和其他雌雄异株植物常见的雄性异配性别很相似。这种性决定方式，除玉米之外，还见于某些鱼类中。
8。2 性别决定的剂量补偿
8。2。1 性染色质
性染色质是一种细胞核内着色较深的称为性染色质体（sex chromatin body）的结构，又称巴氏小体（Barr body）。巴氏小体最先是在哺乳动物雌猫中被检测到的，它是由一条失活的X染色体形成的。据研究表明：在雌性的两条X染色体中只有一条是具有活性的，另一条失活的X染色体在间期细胞核中呈异固缩（即该染色体与其他染色体的螺旋化不同步）状态，形成一个约1μm大小，贴近于核膜边缘的染色小体，又称X染色质。巴氏小体普遍存在于雌性哺乳动物的体细胞中，而在正常雄性的体细胞中没有。在人类，正常男人（46，XY）和先天性卵巢发育不全（Turner syndrom）女人（45，X）无巴氏小体，先天性睾丸发育不全（Klinefelter syndrom）男人（47，XXY）有一个巴氏小体，具有3条X染色体的女人有2个巴氏小体，具有4个X染色体的女人则有3个巴氏小体。这种现象表明，无论一个个体有多少条X染色体，其中只有一条具活性。
正常女人的1条X染色体是失活的，那么为什么染色体数为45的、只有一条X染色体的、卵巢发育不全的个体又完全不正常呢？为什么具有3条和4条X染色体的女人也都不正常？
为什么性染色体为XXY的男人又是正常的，而不受额外X染色体的影响？
8。2。2 剂量补偿效应
我们知道，哺乳动物及果蝇的雌性个体比雄性个体多一条X染色体，当然X染色体的基因也就多一份，可是在雌雄个体之间由X染色体上的基因决定的性状的表现并无多少差异。因此，有人认为必然存在一种基因数量上的剂量补偿效应（dosage pensation），以保持雌雄个体的基因平衡。所谓剂量补偿效应就是使具有两份或两份以上的基因量的个体与只具有一份基因量的个体的基因表现趋于一致的遗传效应。
为了解释哺乳动物X染色体的剂量补偿效应，英国学者莱昂（M。Lyon，1961）提出了一种假说（即莱昂假说），其主要内容是：①雌性个体的两条X染色体中必有一条（来自父方或来自母方的）是随机失活的，②X染色体的失活发生在胚胎早期（受精后7~12天）。而且，失活的那条X染色体在以后的细胞增殖中永久失活。这是因为失活的X染色体呈现异固缩状态，它在细胞分裂中的复制比另一条有活性的X染色体晚，并且在细胞分裂间期也不解螺旋，以巴氏小体出现。
莱昂假说被以后的研究证明基本上是正确的。
例如，在猫的皮毛颜色中，有一种橙色与非橙色镶嵌的龟甲壳毛色，橙色由X染色体上的O基因控制，O能阻碍产生深色色素（黑色和棕色），但能产生橙色色素。非橙色由同一基因座位上的等位基因o控制，o能产生深色色素。若用橙色雌猫（XOXO）和非橙雄猫（XOY）杂交，则子代所有雄猫都呈橙色（XOY），而子代所有雌猫（XOXO）则表现为龟甲壳毛色。这是由于在XOXo中一部分体细胞中XO失活，以此分裂形成的细胞X0都是失活的，只表现出o的活性，故毛色为非橙色（黑色或棕色），而一部分体细胞中XO失活，则表现为橙色，由于两条X染色体的随机失活，所以XOX0杂合雌猫为橙色与非橙色的嵌合体——龟甲壳猫。
又如，人类的葡糖…6…磷酸脱氢酶（G…6…PD）的基因座位于X染色体上。正常的基因用XGD＋表示，失去功能的的隐性突变基因用XGD…表示。正常的男性（XGD＋/Y）和正常的女性（XGD＋/XGD＋）相比，虽然女性多一份XGD＋，但两者的G…6…PD活性却无差异。有趣的是，对于XGD＋/XGD…女性，该酶的活性只有正常男性的一半，这是因为两条X染色体（XGD＋/XGD…）中的一条随机失活导致实际上只有一半的细胞产生有活性的酶。
经显微镜观察表明，失活的X染色体是以浓缩的异染色质小体的形式显现在雌性体细胞间期核膜内侧，其大小一般为0。8μm×1。1μm，而正常雄性则没有。这一失活的异染色质小体就是巴氏小体，它能很容易地从刮下的口腔黏膜中被检测出来，对性别的诊断是很有价值的。
值得一提的是，所有哺乳动物都呈现X失活，而鸟类中却未见Z失活现象，这一原因尚不清楚。
有关X染色体失活的机制和剂量补偿的遗传学分析是当今活跃的领域。1981年，莫汉德斯（Mohandas
