果蠅的性別決定

1、果蠅的性別決定果蠅的性別決定20057711:19:37來源：生命經(jīng)緯果蠅的性別分化需要很多調(diào)控環(huán)節(jié)，我們先看一下總的途徑，然后再介紹細(xì)節(jié)。果蠅早期胚胎中性指數(shù)(sexindex)（X：A）決定了性別的分化。與性指數(shù)相關(guān)的性別決定途徑是由ThomasClineBaker(19841993)及其同事們建立的的。在些途徑中有主調(diào)節(jié)基因和系列性別特異基因，它們涉及到RNA的不同剪接，產(chǎn)生不同的雌性和雄性的轉(zhuǎn)錄因子。在此調(diào)節(jié)途經(jīng)的第一步是由性指

2、數(shù)(X染色體的條數(shù)和常染色體組數(shù)之比)X：A的比例決定的。性指數(shù)使轉(zhuǎn)錄因子具有特殊的濃度。而這種特殊的濃度充當(dāng)了主調(diào)節(jié)基因的開關(guān)。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)RNA能正常剪切而產(chǎn)生下一步調(diào)節(jié)的活性轉(zhuǎn)錄因子，從而激活雌性特異基因，使胚胎發(fā)育為雌體；若開關(guān)是關(guān)閉的，那么因剪接的方式不同選擇性地產(chǎn)生了另一種轉(zhuǎn)錄因子，它能激活性特異基因，使胚胎發(fā)育為雄體。在討論性別決定調(diào)節(jié)途徑的細(xì)節(jié)之前，我們先來了解一下性別特異突變。性別轉(zhuǎn)換基因tra（transfmer）發(fā)

3、生突變使得X：A比率為雌性（X：A=1）的果體發(fā)育成雄性表型，但核型并不改變。雙重性別基因dsx（doublesex）突變使個(gè)體變成為間性，而不受性染色體的控制。還有一種突變會(huì)導(dǎo)致一種性別致死，這就是性別致死Sxl（Sexlethal）基因，其突變有的等位基因是隱性的，可特異導(dǎo)致雌性致死；而另一些等位基因是是顯性的，可導(dǎo)致雄性致死。無女兒da（daughterless）基因是母體基因，對(duì)性別決定具有母體效應(yīng)，da純合時(shí)母體不產(chǎn)生“女兒”

4、，而“兒子”發(fā)育卻正常，這是由于其產(chǎn)物對(duì)Sx1的早期表達(dá)起著正調(diào)控作用。在卵產(chǎn)生時(shí)da若無活性，那么在受精后無論X染色體數(shù)量如何，都不能激活Sx1，結(jié)果所有的子代都向雄性方向發(fā)育，但XX個(gè)體因X連鎖基因的劑量比XY多了一倍，因劑量不適而死亡。特大剛毛基因emc（extramacrochaetae）也是母體效應(yīng)基因，其作用與da相反，是Sx1的負(fù)調(diào)因子，emc的突變將抑制雄性方向的發(fā)育。合子中染色體上的da和emc兩個(gè)基因并不影響合子本身

5、的性別發(fā)育。(一)果蠅Y染色體的功能果蠅的Y染色體與精子發(fā)生有關(guān)，而尚未發(fā)現(xiàn)它在性別決定中有任何功能。XO型的果蠅可以發(fā)育為雄體，Y染色體在體細(xì)胞中可以丟棄，但在初級(jí)精母細(xì)胞中都處于活躍狀態(tài)，XO雄蠅精子發(fā)生受到嚴(yán)重的干擾，產(chǎn)生的精子無活動(dòng)能力。Y染色體有6個(gè)雄性可育性基因（長臂4個(gè)，短臂2個(gè)），而在X染色體上無相應(yīng)的等位基因。這6個(gè)基因只轉(zhuǎn)錄，不翻譯，每個(gè)基因轉(zhuǎn)錄成一種燈刷環(huán)，這種燈刷環(huán)是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，它們和一些蛋白質(zhì)結(jié)合形成不同形態(tài)

6、的RNP，分別命名為套索狀，棒錘狀，管帶狀，絲狀，球果樣結(jié)構(gòu)。一個(gè)或多個(gè)燈刷燈刷環(huán)失活都會(huì)引起雄性不育?？梢娛蔷影l(fā)生不可缺少的。其特點(diǎn)是（1）不翻譯；（2）RNA很大，約為1500kb，（3）有Ys和Ya兩種序列。Ys是特異序列，約有200—2000個(gè)拷貝；Ya是Y裝配順序（yassociatedsequence），一個(gè)家族只出現(xiàn)在一個(gè)環(huán)上，長約400b(4)能形成二級(jí)結(jié)構(gòu)；（5）能富集蛋白，形成RNP。Sx1基因有早期和晚期兩個(gè)啟動(dòng)

7、子（PL和PE）和8個(gè)外顯子，在第2個(gè)外顯中有翻譯的起始密碼子AUG，而在第3和第8個(gè)外顯子中有終止密碼子UGA。早期起動(dòng)子是調(diào)節(jié)型的，由母體效應(yīng)基因，分子、分母因子共同調(diào)控。這個(gè)啟動(dòng)子開始的轉(zhuǎn)錄是選擇性的，即可以跳過第3個(gè)外顯子，這樣也就避免了中途的終止密碼子，使翻譯可以一直達(dá)到最后一個(gè)外顯子中的UGA，產(chǎn)生有活性的Sx1蛋白（350aa組成）。囊胚形成后X:A轉(zhuǎn)錄因子和母體效應(yīng)基因的產(chǎn)物已不復(fù)存在，PL再已不能被激活，而晚期啟動(dòng)子P

8、E是組成型表達(dá)的，無需母體基因及分子、分母因子的調(diào)控、激活，所以可在兩種性別的囊胚形成后開始表達(dá)，Sx1蛋白含有一定濃度的堿性氨基酸，是一種RNA結(jié)合蛋白，它可以改變晚期啟動(dòng)子產(chǎn)生的Sx1初始轉(zhuǎn)錄本的剪接，在雌果蠅中由于已存在早期啟動(dòng)子合成的Sx1，因此可以對(duì)晚期啟動(dòng)子的mRNA進(jìn)行適當(dāng)剪接，從而能產(chǎn)生有活性的Sx1，這就是Sx1的自我調(diào)節(jié)的功能。這樣Sx1的活性在雌體中得到了維持。雄體（X:A=0.5）其Sx1早期啟動(dòng)子無法被激活，也

9、就不能產(chǎn)生Sx1蛋白，而晚期啟動(dòng)雖能啟動(dòng)，但初始轉(zhuǎn)錄物就不能得到Sx1的適當(dāng)剪接，第3個(gè)外顯子也被轉(zhuǎn)錄，這樣在起始點(diǎn)不遠(yuǎn)的位點(diǎn)就出現(xiàn)了終止密碼，這便是雄性特異性的mRNA，只能產(chǎn)生一個(gè)很短沒有功能的Sx1多肽。在雌體中Sx1的自我反饋調(diào)節(jié)維持Sx1的正常表達(dá)起到了重要的作用。但還有其它的基因也涉及到維持Sx1的表達(dá)，如男性化基因vir（virilizer），老處女基因snf（sansfille），它們突變后Sx1因不能維持高水平的表達(dá)而

10、阻滯雌性發(fā)育。還有一個(gè)母性效應(yīng)基因叫做雌性致死fl(2)d（femalelethal2d)基因。其突變會(huì)影響到Sx1晚期轉(zhuǎn)錄的雌性特異剪接。(四)Sx1控制體細(xì)胞性別分化基因。在果蠅性決定的途徑中在Sx1下游的還有tra，tra2，雙重性別基因dsx（doublesex）間性基因ix（intersex）兩性基因her（hermaphrodite）和不育基因fru（fruitless）等。Sx1直接的靶基因是tra基因，tra在兩性的發(fā)育

11、中均被轉(zhuǎn)錄，但只在雌果蠅中產(chǎn)生有功能的Tra蛋白，Sx1蛋白的存在可以改變tra基因轉(zhuǎn)錄本的剪接。一種剪接方式在雌雄兩性中都存在，那就是沒有Sx1的指導(dǎo)，產(chǎn)生的RNA的前部含有終止密碼子。最終產(chǎn)生的Tra蛋白是沒有功能的。在部分雌體細(xì)胞中Sx1蛋白的存在與tramRNA前體相作用，結(jié)合在非性別專一性，3＇端剪接位點(diǎn)附近抑制了通常使用的非性別專一的3＇端剪切位點(diǎn)，當(dāng)這個(gè)位點(diǎn)被跳越過時(shí)，便使用下一個(gè)第3個(gè)外顯子中含有的UGA，結(jié)果使約一半t

12、ramRNA前體，產(chǎn)生雌性特異性剪接，形成包括全長F的成熟的mRNA，這種mRNA編碼有活性的Tra蛋白。Tra2基因有多個(gè)起始位點(diǎn)和多腺苷加尾位點(diǎn)，加上選擇性剪接，就能產(chǎn)生很多不同的相關(guān)RNA，編碼一系列相關(guān)蛋白，這些蛋白都含有ArgSer富集區(qū)和一個(gè)RNA識(shí)別區(qū)域（RRM），這是幾個(gè)已知的作為RNA剪接因子的RNA結(jié)合蛋白的特點(diǎn)之一，表明tra2的功能也與RNA剪接有關(guān)。有些tra2RNA只存在雄性生殖細(xì)胞中，為正常精子發(fā)生所需，此