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控環(huán)節(jié)，我們先看一下總的途徑，然后再介紹細節(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錄因子。在此調節(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)使轉錄因子具有特殊的濃度。而這種特殊的濃度充當了主調節(jié)基因的開關。當開關打開時RNA能正常剪切而產(chǎn)生下一步調節(jié)的活性轉錄因子，從而激活雌性特異基因，使胚胎發(fā)育為雌體；若開關是關閉的，那么因剪接的方式不同選擇性地產(chǎn)生了另一種轉錄因子，它能激活性特異基因，使胚胎發(fā)育為雄體。在討論性別決定調節(jié)途徑的細節(jié)之前，我們先來了解一下性別特異突變。性別轉換基因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）突變使個體變成為間性，而不受性染色體的控制。還有一種突變會導致一種性別致死，這就是性別致死Sxl（Sexlethal）基因，其突變有的等位基因是隱性的，可特異導致雌性致死；而另一些等位基因是是顯性的，可導致雄性致死。無女兒da（daughterless）基因是母體基因，對性別決定具有母體效應，da純合時母體不產(chǎn)生“女兒”

4、，而“兒子”發(fā)育卻正常，這是由于其產(chǎn)物對Sx1的早期表達起著正調控作用。在卵產(chǎn)生時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，結果所有的子代都向雄性方向發(fā)育，但XX個體因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）也是母體效應基因，其作用與da相反，是Sx1的負調因子，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，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染色體在體細胞中可以丟棄，但在初級精母細胞中都處于活躍狀態(tài)，XO雄蠅精子發(fā)生受到嚴重的干擾，產(chǎn)生的精子無活動能力。Y染色體有6個雄性可育性基因（長臂4個，短臂2個），而在X染色體上無相應的等位基因。這6個基因只轉錄，不翻譯，每個基因轉錄成一種燈刷環(huán)，這種燈刷環(huán)是一個轉錄單位，它們和一些蛋白質結合形成不同形態(tài)

6、的RNP，分別命名為套索狀，棒錘狀，管帶狀，絲狀，球果樣結構。一個或多個燈刷燈刷環(huán)失活都會引起雄性不育?？梢娛蔷影l(fā)生不可缺少的。其特點是（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個拷貝；Ya是Y裝配順序（yassociatedsequence），一個家族只出現(xiàn)在一個環(huán)上，長約400b(4)能形成二級結構；（5）能富集蛋白，形成RNP。Sx1基因有早期和晚期兩個啟動

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

8、E是組成型表達的，無需母體基因及分子、分母因子的調控、激活，所以可在兩種性別的囊胚形成后開始表達，Sx1蛋白含有一定濃度的堿性氨基酸，是一種RNA結合蛋白，它可以改變晚期啟動子產(chǎn)生的Sx1初始轉錄本的剪接，在雌果蠅中由于已存在早期啟動子合成的Sx1，因此可以對晚期啟動子的mRNA進行適當剪接，從而能產(chǎn)生有活性的Sx1，這就是Sx1的自我調節(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早期啟動子無法被激活，也

9、就不能產(chǎn)生Sx1蛋白，而晚期啟動雖能啟動，但初始轉錄物就不能得到Sx1的適當剪接，第3個外顯子也被轉錄，這樣在起始點不遠的位點就出現(xiàn)了終止密碼，這便是雄性特異性的mRNA，只能產(chǎn)生一個很短沒有功能的Sx1多肽。在雌體中Sx1的自我反饋調節(jié)維持Sx1的正常表達起到了重要的作用。但還有其它的基因也涉及到維持Sx1的表達，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而

10、阻滯雌性發(fā)育。還有一個母性效應基因叫做雌性致死fl(2)d（femalelethal2d)基因。其突變會影響到Sx1晚期轉錄的雌性特異剪接。(四)Sx1控制體細胞性別分化基因。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，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。在部分雌體細胞中Sx1蛋白的存在與tramRNA前體相作用，結合在非性別專一性，3＇端剪接位點附近抑制了通常使用的非性別專一的3＇端剪切位點，當這個位點被跳越過時，便使用下一個第3個外顯子中含有的UGA，結果使約一半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基因有多個起始位點和多腺苷加尾位點，加上選擇性剪接，就能產(chǎn)生很多不同的相關RNA，編碼一系列相關蛋白，這些蛋白都含有ArgSer富集區(qū)和一個RNA識別區(qū)域（RRM），這是幾個已知的作為RNA剪接因子的RNA結合蛋白的特點之一，表明tra2的功能也與RNA剪接有關。有些tra2RNA只存在雄性生殖細胞中，為正常精子發(fā)生所需，此