反刍动物性控基因SRY最新研究进展

崔子龙 ，常卫华 ，2，王娟红 ，2

（1.塔里木大学动物科学学院，新疆 阿拉尔 843300；2.塔里木兵团畜牧科技重点实验室，新疆 阿拉尔 843300）

性别决定基因（sex region ofY chromosome，SRY）和性控技术的研究进展及研究成果是最近几年来学者们在性别发育和分化、性别控制等研究领域中取得的最大突破性成果。20世纪60年代以前，在性别决定和性别分化领域的研究仍旧是一个空白，许多问题仍是个迷，但随着发育生物学、分子生物学、细胞生物学等交叉学科和新技术的快速发展，这些问题被逐步剥去层层神秘面纱，在染色体及DNA水平上逐渐进行深入研究，许多调控机理逐渐得到阐明。Y染色体性别决定区即SRY基因是哺乳动物雄性的性别决定基因，具有较高的进化保守性，包含整个完整的性别进化信息，SRY基因位于性染色体Y上、靠近拟常染色质区的非重组区域。SRY基因是雄性动物睾丸决定因子的最佳候选基因，目前，该基因已经成为研究动物父系起源及系统分类的重要分子标记之一［1-3］。通过对SRY基因的定性或定量检测能够做到特异而快速地判定动物后代性别，可以为优良种畜的快速扩繁提供基础。

1 SRY基因功能研究

SRY基因是人及动物Y染色体上性别决定的核苷酸序列，是主宰性别的TDF睾丸决定因子（testis determining factor，TDF）的遗传基础。研究发现，SRY性别决定基因在动物胚胎期睾丸组织间质细胞和足细胞中产生SRY1因子，该细胞因子可以激活下游启动子，从而使下游的缪勒氏体对MIS（miilerian inhibiting substance，MIS）基因的表达起到抑制作用，进而调控缪勒氏管发育；同时，SRY1细胞因子还可作用于睾丸间质细胞，促使间质细胞的发育并分泌雄性激素，进而使动物产生雄性组织器官，向雄性动物个体发育。动物机体一旦缺少SRY或携带的SRY性别决定基因处于沉默，则性染色体X短臂上的DSS基因（逆性别剂量敏感基因）就会启动转录程序，促进卵巢等雌性器官的出现，进而使机体向雌性动物个体发育。如果将XX型和XY型早期胚胎人工融合成XX-XY嵌合体，就会发现睾丸组织内性染色体结构中的支持细胞几乎均为XY型，但在其他性腺组织细胞中，XY型和XX型细胞的比例与早期胚胎其他组织中检测的比例基本一致，分析表明TDF因子在支持细胞前体中具有自主调节作用。目前，研究进展及研究成果揭示哺乳动物的性别发育及性别决定是一个多层次、多基因调控过程，SRY基因不是性别决定的唯一基因，但动物的性别决定是以性控基因SRY为主导、多基因共同参与的一个有序调控过程。有研究发现，SRY、MIS、SOX9、WT-1、DAX-1、SF-1六种基因参与了调控胚胎在性别决定中由未分化原始生殖嵴到两性内生殖器官形成的过程，且该过程中起最重要作用的是SOX9基因［4-5］，其所表达的蛋白功能与SRY基因所表达的蛋白功能相似［6-7］。Koopman研究证实，即使在SRY基因缺失的情况下，SOX9基因仍能诱导早期胚胎向雄性分化，而且该基因的存在可保证雄性的发育能够正常进行［8］。最近研究结果显示，SRY下游基因对动物性腺分化的调控作用与该基因的表达量有关，基因的过度表达或表达不足均能引起性别分化。研究发现，SRY基因在人、猪、黑猩猩、鼠、犬、山羊、绵羊、牛、水牛、马等15种物种中呈高度保守，而且它们的进化关系非常相近［9］。2017 年，Song 等［1］研究证实 Sp1 为 SRY 转录的主要调控因子，SRY 5’侧翼区Sp1基因的突变导致兔子性反转，而且Tatsuo等［10］指出在个体发育过程中，或者由于某些疾病使SRY基因异常激活，导致机体生殖器官出现两性生理。

总之，从SRY性控基因的发现至今不到30年的时间里，生物领域中学者们在该领域已经开展了多方向深入细致的研究，并且取得了很大的进展，通过对SRY基因多层次、多领域的研究，使人们对SRY基因的功能有了更深入的认识，尤其是在性别鉴别及性别控制等方面其意义重大。

2 SRY基因中的SOX结构及功能

1990 年，Sinclair等［11］首次在哺乳动物性腺中发现SRY基因，研究发现该基因位于性染色体Y短臂拟常染色质区，单一外显子，长度850 bp，为一性别控制基因。性控SRY基因含有一个开放阅读框（open reading frame，ORF），其中包含能与DNA序列相结合的HMG-box基序，后来科学家把那些在HMG-box区与SRY/Sry产物在氨基酸序列编码的基因相似性达到60%以上的基因通称为SOX（SRY related HMG—box gene，SOX）基因［2-3］。根据HMG-box结构序列保守性，SOX基因家族分两大类：一类是含有多重HMG-box基序，即含有两个或两个以上的HMG-box基序，这一类包含有连接因子UBF及线粒体转录因子l（MT-TF1），他们与DNA呈非特异性结合；另一类是以TGF、Sox、MATA等为代表，他们均含单个的HMG基序，并且是以序列特异性的方式与靶 DNA 相结合［12-13］。

研究表明，Sox基因家族成员中SRY/Sry基因只在哺乳动物性腺中表达，对雄性动物睾丸的发育起决定性的作用。研究人员发现，Sry基因在小鼠第10.5天到第12天的胚胎生殖嵴的某些细胞中表达，而且Sry基因具有促使生殖嵴细胞向足细胞分化的作用。一般研究者认为是足细胞引导了性腺向雄性生殖器官的方向发展。但值得注意的是SRY/Sry基因在HMG-Box序列以外的区域中保守性相对较低。2010年，Pascal and Harley研究发现，虽然SRY/Sry基因在人类和小鼠中都有性别决定的功能，但两种物种中SRY/Sry基因的氨基酸序列却存在着较大的差异［14］。Sox3基因是哺乳动物性染色体Y上与SRY/Sry基因相似程度最高的基因，大部分研究学者认为这两个基因其实是同一基因的不同等位基因。但与SRY/Sry基因不同，虽然Sox3基因也在动物胚胎发育早期的泌尿生殖嵴中表达，但Sox3基因的表达模式与早期胚胎的性别分化无关，该基因主要与胚胎中枢神经系统的发育有关［15］。另外，E亚族中的Sox8基因和Sox9基因也均与动物睾丸组织的形成有关，并且研究发现Sox8和Sox9基因在功能上有着重叠现象。Sox8基因对早期胎儿睾丸发育的影响较小。研究证实，如果小鼠中仅有Sox8基因表达缺陷，则小鼠睾丸的正常发育不会受到影响［16］。而Sox9基因在动物生殖嵴中的表达模式则受SRY/Sry影响，早期该基因在雌雄生殖嵴中均可表达，但SRY/Sry基因表达开始后，Sox9基因则只在雄性生殖嵴中表达，进而促进足细胞的发育，因此，Sox9基因也被称为足细胞分化因子［17］。SOX基因家族中，除Sry、Sox3、Sox9之外，F 组中的Sox17，D 组的Sox5、Sox6等，均与小鼠睾丸中精细胞的产生有关［18］。

可见，研究SRY基因中SOX基因可以揭示动物性别决定与性别分化的分子机制［19］，对性别决定机制的认识、对性别控制理论的研究及目前性控理论的提升均具有非常重要的作用，为新的性控技术的开发及研究提供基础。

3 反刍动物性别控制最新研究进展

动物性别控制技术研究是很早就被科学家重视和研究的一项重大理论和实践性课题，是通过对家畜正常生殖生理过程进行人为地干涉或操作，在生产中使动物能够按人们的意愿产出所需性别后代的一门繁殖新技术。通过性别控制技术，使公畜的生长优势和母畜的繁殖潜力能够发挥到最大限度，从而在生产上增加畜牧业的经济效益，促进畜牧业的快速发展；同时，可以消除对畜群发展不利的基因或基因型，从而防止性连锁疾病的发生；还可以提高优良种群的繁殖潜力，加快种畜群更新换代的速度、缩短繁殖周期，进而促进动物新品种的选育。

反刍动物早期胚胎性别鉴定一般是在胚胎移植前进行的，从中选出所需性别的早期胚胎进行移植，进而控制或改变后代中性别比例，获得所需后代。SRY基因发现之前，已有多种方法用于早期胚胎的性别鉴定，比如核型分析法、染色体染色法、H-Y抗原检测法、激素分析法、X2相关酶检测法［20］及胚胎细胞毒性分析法等，这些方法各有优缺点，准确率也千差万别。而SRY基因的发现，为家畜早期胚胎性别鉴定提供了新方法，其就是通过检测性染色体Y上是否含有SRY基因而确定性别，该方法灵敏度高，精确度高，准确率可达90%以上，具有非常广泛的应用前景［21］。1987年，Leonard等报道首次成功地用标记的牛染色体特异性探针鉴定牛囊胚期胚胎性别，准确率95%。吕文发等［23］以PCR扩增技术对牛、羊胚胎性别进行了初步研究，他们以SRY基因序列自行设计了3对常规PCR引物，然后扩增牛的SRY基因和羊的SRY基因，实验结果证实，其中1对引物可用于牛和羊的早期胚胎性别鉴定。张秀华等［23］利用多重PCR技术扩增绵羊X、Y染色体上的4个微卫星标记和SRY基因，并进行性别鉴定。实验结果证实，所设计SRY基因的引物具有高度特异性，是性别鉴定的主要依据。白文林等［24］利用巢式PCR建立了中国荷斯坦牛胚胎性别鉴定体系，他们采用巢式引物，该方法在很大程度上突显了PCR产物的特异性，在一定程度上增加了实验准确率和数据可靠性。席继锋等［25］利用巢式PCR扩增不同发育阶段奶牛胚胎的SRY基因进行性别鉴定，平均准确率80%，随着月龄的增加，准确率也越来越高，其中4～8月龄准确率达92.3%。宋淑珍等［26］以公羊和母羊肝组织为材料进行巢式PCR，结果显示公羊同时出现β-B-珠蛋白基因和SRY基因片段，而母羊只有常染色体基因片段。2011年，张大伟等［27］对牦牛性别鉴定进行了研究。结果表明，血液样本性别鉴定与实际性别完全相符，准确率100%。同时对早期胚胎进行性别鉴定，其中雄性占45.8%，而雌性比例为54.2%，取样后胚胎发育率56.7%，该研究成功建立了牦牛胚胎性别鉴定的PCR体系。2016年，Saberivand等［28］以妊娠绵羊血清为材料，通过巢式PCR同时扩增SRY和AMEL基因，得出同时出现2个条带者为雄性胎儿，只出现一个条带者为雌性胎儿，该方法在动物性别鉴定方面方便快速，对胎儿不造成损失，但不实用于双胎妊娠。

通过近几十年的发展，反刍动物性别控制技术取得了飞速发展，有些学者在牛羊等反刍动物上建立了相对比较稳定的PCR性别鉴定体系，然而由于技术和理论的限制，目前的性别鉴定方法相对比较单一，性别控制技术还有待进一步提升和完善。

4 展望

人类和其他哺乳动物的性别决定是以SRY基因为主导，多个基因共同参与调控的精细过程。自SRY性别决定基因最早被发现以来，有关SRY的研究日益增多，发现SRY基因在哺乳动物胚胎发育过程中诱导睾丸分化，在哺乳动物的性别决定和分化中起到重要作用，研究已经涉及爬行类、两栖类、鱼类、哺乳类等大多数动物，但研究方法比较单一，一般只是对单个SRY基因的克隆、测序和表达，更为深入细致的研究相对较少，尤其是对于反刍动物SRY基因与其他性控基因相互作用的报道更显不足。在过去十几年内，人们已经对SRY基因的表达模式、SRY蛋白如何发挥生物学效应及基因与蛋白之间的相互作用有了初步的认识，但对于性腺发育和性腺分化的分子调控机制了解还比较少，需进一步的研究与探讨。相信随着科技的大发展及对SRY基因及其他与性别调控有关基因的深入细致的研究，科学家们一定会揭开反刍动物性别决定的神秘面纱，一些新的性控技术将用于指导生产实践。

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