鸡性别决定与控制技术的研究进展

张静蓉，陈忠

（海南师范大学热带动植物生态学教育部重点实验室，海南海口571158）

近年来，随着家禽养殖业的迅速发展，禽类性别研究因其经济价值而日益受到重视.由于鸡是最常用的研究禽类性别决定和性别分化的动物模型，所以目前关于禽类性别决定的理解主要是源于对家鸡（Gallus gallus domesticus）的研究.鸡的性别与其经济价值有着直接的联系，在蛋鸡的集约化生产中，母鸡的生产效益远高于公鸡.在肉鸡的生产养殖过程中，公鸡的生长速度快，生命力强，其生长速度以及饲料利用率均显著高于母鸡.因此，研究禽类的性别决定机制和性别控制技术不仅在科研方面具有极其重要的意义，更在实际的生产当中具有重要的经济价值.

1 鸡的性别决定

1.1 家禽（鸡）的性染色体

正常情况下，鸟类雌性为ZW异配型性染色体，雄性为ZZ同配型性染色体[1-4].早期的染色体核型分析研究表明，一些新颌型鸟类（家鸡）的Z和W的相对大小明显不同[5]，在进化过程中，只有一小部分的Z和W区域出现了基因重组，且W染色体变得小于较原始的鸟类[6].家鸡的Z染色体包含有7%的单倍体染色体组，而W仅包含1.5%[5]，而在更多的原始古鸽型鸟类中，如鸸鹋，鸵鸟，南方鹤鸵等，Z和W的性染色体通常是同态的[7].由此可知，在鸟类进化的过程中，Z染色体正不停地重组产生新的染色体型，使得性别决定基因倾向于独立调控性别的方向发展，同时也确保性染色体不至于因为基因的隔离而产生退化.

1.2 鸡性别决定的可能机制和假说

性别决定基因是通过控制胚胎性腺的发育来实现性别决定的，因此性别决定的过程与性腺的发育和分化息息相关.在鸟类的胚胎期，性腺形成的基本过程是保守的，但同时又具有非对称性发育的独特特征[8].性腺的分化在本质上依赖于皮质或髓质的增殖以及生殖细胞的获得.最早能够发现性别分化的时期是在家禽孵化的第6～7d，这时在雄性性腺内部的髓质中曲细精管索（seminiferous cords）开始形成，同一时期在雌性性腺外部的皮质层开始增殖[9].

1.2.1 鸡性别决定的分子机制

近期的研究已获得DMRT1、ASW、DAX1等多个可能与鸡性别决定有重要关联的候选基因，这些基因可能像哺乳动物中的SRY基因一样，与鸡性别决定有着重要关联.

已有研究表明，同哺乳动物的X染色体一样，家禽的Z染色体中含有大量的控制睾丸性征表达基因[10]，其中之一就是DMRT1（DM-related tran⁃scription factor 1）.DMRT1位于Z染色体上，与W染色体不同源，是一种调控睾丸发育的基因，并且可能在决定雄性性别方面发挥主要的作用[11].有文献报道，在鸡胚胎性腺分化之前，DMRT1在雄性胚胎的性腺中的表达量远高于雌性，并且在睾丸的形成过程中发挥作用.

已经证实，在雌性鸡胚胎发育的过程中，定位在W染色体短臂端的ASW基因（avian sex-specific W-linked）起到了主导作用.有学者认为，ASW基因之所以在雌性性别决定过程发挥作用，是由于其产物可与Z连锁的ZPKIC基因表达产物结合，从而抑制某些睾丸分化所必须的因子，并且激活卵巢决定因子[12].

DAX1基因（dosage sensitive sex reversal，adre⁃nal hypoplasia congenital，X chromosome，number 1）是一种基因编码蛋白，具有介导卵巢发育的功能.实验表明，在鸡卵巢发育过程中，DAX1基因的表达量保持稳定；而睾丸发育过程中，DAX1基因的表达量则显著下降，这说明DAX1可能参与性别决定，并参与调控雌性发育[13].此外，1994年Bardoni在转DAX1基因小鼠的实验中发现，当该基因编码蛋白发生不正常复制时，其结果会使得小鼠发生从雄性到雌性的性逆转，并且DAX1基因发生功能性突变能引起肾上腺发育不全[14].

不同的性连锁基因在禽类性别决定的调控中起着不同的作用，但目前对它们与其他一些性别决定基因间的联系还知之甚少，因此禽类性别决定的分子机制还需要进一步的探究和讨论.

1.2.2 Z染色体的剂量效应和W染色体的显性效应假说

假说认为，Z染色体上携带雄性决定基因且具有剂量效应，该效应在雄性发育的初期以Z染色体的数量来诱导个体的性别发育，即，两个Z染色体时为雄性，一个Z染色体时为雌性；W染色体上携带着显性的卵巢决定基因，它具有显性效应，使ZW成为雌性[15].但是由于鸟类缺乏非整倍体的性染色体个体，所以很难验证Z剂量效应和W显性效应假说.因此，性别决定类型为ZW型的禽类的性别决定机制是由W雌性决定基因决定，还是由Z基因的剂量差异所决定，还是两种机制同时存在还不清楚.

1993年Thorne等报道一群ZZW三倍体鸡发育成间性.这些三倍体的鸡在出雏时具有雌性的外部表型，但同时具有卵巢体和睾丸，并分别位于身体左右两侧，随着年龄的增长其左侧卵巢逐步退化[16].卵巢的出现说明W染色体可能携带雌性决定基因；而其卵巢组织随年龄增长而退化可能与假定的W雌性决定因子的作用被Z染色体以数量上的优势所削弱有关.该三倍体性染色体鸡的证据支持了Z剂量假说，说明W染色体具有雌性决定作用但能被Z连锁雄性决定基因的剂量效应所影响.

2004年，Arit等发现1例雌性大苇莺（great reed warbler）具有2个Z连锁微卫星标记的杂合子遗传型，从而推断该个体可能具有2A∶ZZW的基因型[17].这个事例支持了W可能携带雌性决定因子的假说，并做出了性别决定与Z染色体数目无关的推断.但是，推断的ZZW基因型并没有得到核型分析的证实，且其2个Z等位基因也没有遗传给后代.究竟W染色体是否独立决定性别还有待进一步的探索和确定.

2010年，有学者提出了关于一只雌雄嵌合体家鸡的详细研究报告[18]，报告称这只鸡是侧面性别嵌合，左侧雄性右侧雌性.在雄性一侧表现出明显的雄性特征，具有巨大的肌肉型胸部和锋利的脚爪，而雌性一侧则不具备任何雄性特征.经验证，其雄性一侧的细胞内全部都是ZZ性染色体，而在雌性一侧的却是ZW型，但其性腺内同时含有具有ZZ染色体的细胞和具有ZW染色体的细胞.然而，在实验条件下，却无法实现将带有雄性基因的细胞和带有雌性基因的细胞混合进入同一个鸡胚细胞，并且实验发现雌性细胞不能够在雄性的性腺内存活，反之亦然.

基于曾有研究指出没有发现不带Z基因鸟类，而哺乳动物中有只带X基因的性别类型的研究结论[19-20]，Zhao（2010）在讨论了该嵌合体鸡之后作出推断：“高剂量的Z连锁基因在ZZ基因型的细胞中可能起到‘增强雄性’的作用”[18].

因此，Z剂量和决定性的W假设仍旧都有可能，最终性别究竟是决定于Z的剂量效应（两个是雄性，一个是雌性）或者决定于W的显性效应，抑或决定于它们共同的作用仍需要进一步的研究探讨.

1.2.3 常染色体平衡假说

常染色体平衡学说最早是由美国生物学者Bridges以果蝇为材料提出并证实的.Bridges认为生物的性别是由细胞核内染色体上雄性化基因系统与雌性化基因系统的平衡所决定的，基因系统的优势会影响胚胎在发育早期向某一性别方向发育[21].1954年，Crew在文献中报道，鸡的性别由性染色体个数与常染色体倍数之比决定[22]，Newcomer等则认为，常染色体数的增加使性染色体与常染色体之比的平衡趋于雌性[23].

1.2.4 H-Y抗原决定假说

雄性特异性抗原（male-specific antigen）通常也称为雄性特异性弱组织相容性Y抗原（male-spe⁃cific minor histocompatibility Y antigen），简称H-Y抗原，是一组雄性特异性基因的表达产物，Eich⁃wald等在1955年首次发现这一抗原，Eichwald在研究小鼠雌性时，发现雄鼠对移植皮肤的排斥反应，比同种雌鼠对移植皮肤的排斥反应更为迅速，从而推论Y染色体上存在一种很弱的移植抗原，该抗原由次要组织亲和点（H）所决定[24]，进而提出了H-Y抗原和H-Y抗体的名称[25].H-Y抗原在异性间组织移植的排斥反应和性别控制等方面的研究中具有重要的理论和实践意义.1975年Wachel等人，提出一个假说：H-Y抗原可能是性别决定基因的产物.在鸟类和某些两栖类中，该基因编码卵巢[26]，即，在鸟类中，H-W决定雌性性别[27].然而，Muller等在研究由雌二醇诱导得到的雌性化的小鸡时发现，基因型为ZZ的小鸡中也有所谓的ZW抗原表达，只是抗原水平低于基因型为ZW的个体[28].

2 鸡的性别控制技术

在自然界中，偶有发生禽类的性逆转现象.性逆转按照形成原因的不同划分为：获得性性逆转（acquired sex reversal）和先天性性逆转（congenital sex reversal）[29]，照发生频次的不同划分为：经常性性逆转（constant sex reversal）、偶发性性逆转（spo⁃radic sex reversal）.

1949年，Hutt在经过大量实验后认为，发生性逆转的母鸡，其卵巢往往伴随有瘤肿或其他病理变化[30]，这样的结论引发了许多关于鸡的性逆转机制的探讨.然而，在家鸡养殖过程中也曾发现自然性逆转的现象：20世纪80年代，一只曾经产过卵的洛岛红母鸡完全转变为公鸡，具有明显的雄性第二性征和求偶行为.该鸡的染色体组型为ZW型，但较正常的鸡增加了部分常染色体.在成功与芦花母鸡交配后，该变性鸡后代孵化率较低，雏鸡死亡率很高，其后代雌雄比例不是1∶1[32].2010年，Zhao等报道了一只侧面性别嵌合的雌雄嵌合体家鸡[18]，并从细胞和基因的角度进行了分析.

在生产应用中，如何人为控制下家禽的性别比例，日益为人们所广泛关注.薛社普发现用雏鸡的卵巢制成组织抗原，并用该组织抗原免疫家禽所获得的两种抗血清分别处理性腺分化前的鸡胚可显著提高鸡胚的雌性性比[33]，实验效果稳定并且显著[34].使用一定剂量的外源雌激素浸泡未开始分化的早期鸭胚，不仅改变鸭胚性比例还可以诱导胚胎在表现型上不同程度的出现了雌性特征[35].戴必胜认为葡萄糖氧化代谢强弱可影响子代的性比，并且改变了受精卵生存的内环境，给鸡添喂葡萄糖后，实验组的子代较对照组相比性别比例偏差较大，效果极显著[36].汪植三在大量的实验中发现禽类的雌雄比例会随着孵化温度的变化而变化，雌雏率随着孵化温度下降而上升，但孵化率较低[37].王光英等利用睾丸组织匀浆液作为性控液处理母禽的产道和公禽的精液，发现性控液可显著改变性比[38].

此外，芳香化酶抑制剂诱导禽类性别分化技术也日渐成熟.芳香化酶是合成雌激素的重要酶类之一，其作用是在鸡的性腺分化过程中促进雌激素生成.因此，在诱导禽类性别分化的过程中，运用芳香化酶抑制剂处理鸡胚，可大大抑制芳香化酶的活性，减少雌激素的生成.而睾丸酮浓度的相对增加，则会促进睾丸组织的发育,使得胚胎向雄性转化.Alex等验证了芳香化酶抑制剂诱导禽类性比的可行性，在他的实验中，使用芳香化酶抑制剂注射孵化5 d的胚蛋,结果孵出的雏鸡100%为雄性，性逆转的公鸡有2个睾丸，但比正常稍小，形态不规则，睾丸有精子产生，亦比正常稍少[39].

近年来，已有学者证明，免疫去势可以显著提高鸡肉品质[40].此外，雄激素抗原免疫母鸡可显著提高其产蛋性能[41]；褪黑素抗原免疫母禽可增强其内分泌功能，提高产蛋率[42-45]；抑制素可促进卵泡成熟[46].运用方面，费维真等使用GnRH抗原人工免疫各日龄公鸡后发现，GnRH免疫去势公鸡可以促进公鸡的生长发育[47]，王进荣等使用人工合成的抑制素作为免疫抗原，显著提高了母鸡的产蛋率，并且促进了其卵泡的发育[48]，也有文献报道，抑制素免疫母鸡可以提高母鸡的日产蛋率[49].Halawani等使用PRL免疫火鸡，抑制了PRL的分泌，并且大幅提高了母鸡的产蛋量[50].越来越多的研究表明，运用生殖激素调控技术提高家禽品质已成为当今乃至今后一段时期内的研究和运用的热点.

3 小结与展望

目前禽类的性决定机制尚不十分清楚，除了公认的性染色体理论，还有常染色体/Z染色体平衡理论的争论.然而，随着对禽类性别决定机制研究的深入，不论是从分子机制的角度还是Z剂量和W显性效应假说的角度来看，禽类性别决定的机制可能更多的倾向于多种机制共同作用的结果.

结合分子机制来看，Z剂量效应和W显性效应假说更加适合解释家禽的性别决定机制：Z染色体具有DMRT1等Z连锁基因，这些基因调控睾丸的发育，并且雄性胚胎性腺中的表达量远高于雌性，因此，当ZZ的基因型出现时，Z染色体由于其携带的多个Z连锁基因共同作用而显现Z剂量效应.同样，W染色体同样具有ASW等W连锁基因，当ZW基因型出现时，ASW基因的产物由于其可与Z连锁的ZPKIC基因表达产物结合从而抑制某些睾丸分化所必须的因子并且激活卵巢决定因子而抑制Z基因型的表达，从而显现出W显性效应.这也很好的解释了ZZW基因型的三倍体鸡卵巢最终退化的原因，即，尽管W的显性效应抑制了Z连锁基因对雄性性别的调控作用，但多出来的Z基因却弥补了这一问题的出现，使得该三倍体鸡虽然表现型为雌性特征，但其卵巢在ZZW基因的调控下逐渐退化.

随着科技的进步及更多的家禽性别调控基因的发现，性别决定分子机制将会逐渐成为研究的热点.而基于性别决定机理的性别调控技术也会，在家禽养殖业的优化养殖方面发挥更大的作用.

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