裂的前期，而在睾丸中大约13天后生殖细胞停止在有丝分裂期，出生后继续增殖，直到以后才进入减数分裂。 (a) XY未分化的性腺
睾丸 雄性激素 雄性
MPGs SRY DSS (Y染色体) (X染色体)
FPGs (b) X未分化的性腺 卵巢 雌性 激素 雌性
MPGs FPGs MPGs DSS(失活的XDSS 染色体) (X染色体) ？
图20-3 哺乳动物性别决定和不同类型XX和XY性反转模型
MPGs：雄性途径基因；FPGs：雌性途径基因。（自Jimenez et al.,1996）
RBM（以含有RNA-binding-motif而命名）和DAZ/SPGY（Deleted in Azooepermia）是
位于Y染色体上的两个基因家族，均编码包含RNA结合结构域的RNA结合蛋白，是人类精子缺乏症因子（azoospermia factor, AZF）的候选基因（Reijo, et al.,1995）。研究结果表明，DAZ的缺失可从父亲传递给儿子（Nakahori , et al., 1996），但并不能证明RBM和DAZ是精子形成所必需的。在灵长目和类人猿中，DAZ/SPGY基因位于Y染色体上，但在其它哺乳动物中，以常染色体基因DAZLA的形式存在（Reijo et al., 1996）。 Matteo等（1997）的研究表明DAZLA蛋白与RBM蛋白不同，是生殖细胞的胞质蛋白，可能通过包装或定位mRNAs而参与翻译调控。RBM为核蛋白，其功能可能主要涉及在RNA剪接加工等过程之中。打断Dazla基因导致胚细胞完全缺乏配子产物，这表明Dazla基因是胚细胞分化所必需的，而且Dazla基因在胚胎或成人性腺中的功能不同。基因型为DazlaTm1Hgu/+的雄性小鼠产生的精子数量减少，而且多不正常，这表明Dazla蛋白的调控具有剂量效应。在小鼠雌雄两种性别中缺失Dazla基因，则胚细胞有丝分裂停止。Charles等（1996）的研究表明人类的DAZ基因与果蝇的boule基因同源，二者编码二个非常相近的含有一个RNA结合结构域的蛋白，且都仅在睾丸中表达。在果蝇中boule是精子形成所必需的（Eberhart and Wasserman ,1995），其功能丧失可导致精子缺乏综合症，减数分裂受阻。主要缺陷发生在G2/M转换期，而且boule基因在雄性生殖细胞的发育中具有剂量敏感性。这些结果支持了DAZ基因是人类的AZF的假说，并暗示boule和DAZ基因在果蝇和人类的精子形成过程中起重要作用，是减数分裂细胞周期调控的必需因子。boule和DAZ基因可能涉及mRNA的加工、定位或转录调控（Nagai et al ,1995）。
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第二节 果蝇的染色体性别决定
一、果蝇体细胞性别决定
本世纪初，一系列遗传学实验结果导致了“果蝇的性别由X染色体和常染色体数的比率（X:A）决定这一重要概念的确定，即X:A的比值形成了最初的个体性别决定信号。 在果蝇和大多数昆虫中，可以获得雌雄嵌合体，为研究X染色体和性别间的联系提供了一个完美典范。对这些雌雄嵌合体的研究发现，Y染色体在果蝇性别决定中无任何作用，仅是雄性可育的一必须因素，在精子形成过程中被激活。
由X:A信号启动的果蝇性别决定包括三个不同的性别分化过程：（1）体细胞的性别分化；（2）生殖细胞的性别决定；（3）剂量补偿。这三个过程有着各自的调控体系。
研究工作主要集中在性别分化所必须的基因的鉴定和它们在发育过程中的位置。突变分析表明，Sex-lethal（Sxl）、transformer（tra）和transformer-2（tra-2）基因的突变可使XX个体变成雄性，但这种突变对XY雄性个体无作用。Intersex（ix）基因的突变可使XX果蝇成为间性者；doublesex（dsx）在两种性别的分化过程中都起重要作用，dsx缺失则可使XX和XY个体都发育成间性（Belote et al., 1985a）。 这些基因在发育过程中位置的确定主要基于两方面：（1）对果蝇发生两个或更多突变导致的遗传交换的解释；（2）当完全缺失某一基因时，性别决定的变化。这些研究结果构建了如图20-4的调控级联模式。
二、Sxl基因——果蝇性别决定的枢纽
果蝇性别决定的第一阶段涉及X:A的比例信号。在体细胞性别决定体系中，X:A比例信号是通过性致死sex lethal（简称Sxl）基因起作用的。Sxl基因有早期PE和晚期PL两个启动子。X:A信号首先直接作用于Sxl基因的PE启动子，在雌性胚胎中启动Sxl的早期转录。对体细胞及其相应的剂量补偿过程来说，一旦这个遗传开关被确定，就不可逆地进入雌性或雄性发育模式，不再依赖于X:A比值的存在。Sxl基因的早期功能是XX胚胎启动雌性发育途径和维持两个X染色体适量转录水平所必需的。
Sx1基因PE启动子的最初激活就发生在合胞体囊胚形成期（受精后的2小时，合子核通过12～13次快速核分裂）（Salz et al., 1989），所以Sxl功能状态在雌性中的开启和维持需母性和合子型遗传因子的共同参与。 1．X:A信号的分子、分母因素
X:A是细胞自主的信号，为严格合子型，依作用的不同被分为“分子”和“分母”计数因素。所谓分子因素就是那些位于X染色体上的基因，增加它们的拷贝数会增大X:A的比率，激活Sxl，导向雌性化发育，而降低它们的拷贝数则会减少X:A的比值，使Sxl 无法激
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活而引起雄性化发育。分母因素指的是具有相反效应的一些常染色体基因。
X：A比率
XX XY
1：1 sis-a
da
sis-b
her
sis-c emc runt
gro dpn
Sxl
dsx
Tra 抑制 Tra-2
Msl 基因族
－连锁基因 X
雌性转录率
雌性专一Dsx蛋白 ix 雌性分 化基因 雌性表型
抑制 雄性分化基因
1：2 sis-a sis-b sis-c runt dpn
da her emc gro
dsx
Sxl无活性 Tra、tra-2无活性
Msl基因族
雄性专一Dsx蛋白
X－连锁基因
雄性分化基因 抑制
雄性表型 雌性分化基因
雄性转录率
图20-4 果蝇体细胞性别决定级联调控通路模式。（自Baker et al., 1987）
Cline（1988）认为sisterless-a（sis-a）和sisterless-b（sis-b）是主要的两个分子基因，是Sxl的正调控因子。改变两种性别中的sis基因数量，会使雌性缺乏应有的Sxl活性或者使雄
性不适当地激活Sxl。由于Sxl同时还控制着剂量补偿过程，由错误的X染色体转录水平所造成的功能性非整倍体将使个体存活降低甚至死亡。
另一个分子因素是runt（run）基因（Duffy and Gergen,1991），它的计数作用要比sis基因弱，在胚胎中的分布不均—，只在胚胎的中央区域影响Sxl的激活。所以run可能不是所有胚胎细胞的性别决定信号成份，或者Sxl的活性需要某些因素在胚胎中的不均一分布。
Daughterless（da）是一个多效应基因，参与多个发育过程，它的母本来源产物对Sxl的早期表达起着正调控作用。在卵发生时若无da活性，形成的卵在受精后无论其X染色体数量如何，均不能激活Sxl。缺乏da并不影响XY雄性个体，但对雌性个体是致命的，使2X个体因剂量不适而死亡。因此，受精后，sis-a、sis-b、runt和da使Sxl仅在雌性胚胎中转录激活（Cline, 1986; Cronmiller and Cline 1987; Duffy and Gergen, 1991）。另一个母本效应基因是extra macrochaetae（emc）。与da的作用相反，它是Sxl的一个负调控子，emc的突变对雄性有害。
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由于da和emc在性别决定中的作用是严格的母本效应，其合子拷贝数不影响合子的性别发育，况且da也不是X-连锁的，所以都不能被称为X:A中的分子或分母因素。无论是雄性还是雌性合子，它们都含有相等水平的母源的da和emc基因产物。这一特点表明它们不象分子因素，因为分子因素本身的启动就是性别信号的组成部分，但却与位于常染色体上的分母因素的情形很相似，均在两种性别中保持了恒定含量。
一个主要的分母因素是dead-pan（dpn）基因（Younger-Shepherd et al., 1992）。一个具有高比例的sis-b:dpn雄性个体会激活Sxl并致死；相反，具有低比例的sis-b:dpn雌性个体将无法激活Sxl并致死。这两种致死作用均与Sxl不适当的活性或非活性状态有关，但与是否带有母本来源的dpn多余拷贝无关。dpn的这种与分子因素相反，与Sxl活性相关的数量作用，以及它位于常染色体上的特点，表明了它是一个不折不扣的分母因素，只是其效应不及sis基因那么强。另一个分母因素是extra macrochaetae的基因（emc），亦为母本效应基因，其蛋白与da竞争Sxl启动子结合位点。与da的作用相反，它是Sxl的一个负调控子，emc的突变对雄性有害（Van Doren et al.,1991）。 对X:A信号因素的进一步筛选并不如意。在分子因素的寻找中，获得了siste -rless-a基因的一系列等位基因（Cline,1993），而在分母因素的筛选中只发现了七个不同强度的sis-a抑制子突变株。另外X染色体上的两个不同区域17A9-1O；17A12-B [Df(1)N19]和7D10; 7F12[Df(1)RA2] 对Sxl的活性也显示有作用，只是其中Df(1)RA2区域的作用是母本来源的。基于这些因素的作用实在太微弱，不足以担当分子或分母之名。
研究发现，缩短Sxl PE启动子上游的调控区域，会降低启动子对性别决定信号的敏感性（Keys et al., 1992）。参与这一过程的几个基因中，sis-a编码的蛋白含有锌指蛋白转录因子家族的基本结构域，RUN蛋白是属于一个新的能与DNA结合的异二聚体转录调控蛋白家族的成员；SIS-A、SIS-B、DPN和DA均为螺旋-环-螺旋（HLH）转录因子。分子和分母蛋白可能相互形成。假设分母蛋白可形成异二聚体阻碍激活子（SIS和DA）的作用（图20-5），那么X:A信号比例就是通过X编码的激活子和常染色体编码的抑制子对Sxl的启动子的竞争来测量的。
对整个果蝇个体来说，Sxl基因遗传开关的设定是相当精确的，那些Sxl表达状态与其X:A比率不符的细胞将在发育中呈生长不利而逐渐被清除。然而，Sxl最初的激活并不意味着“开”（on）状态的完全确立，其遗传功能的真正实现还需要在以后的发育过程中不断维持Sxl开/关的稳定状态。 2．Sxl功能的维持
Sxl的早期启动子PE仅在胚胎发育极早期的瞬间转录过程中起作用，此阶段的调控发生在转录水平（Keys et al., 1992），Sxl基因早期的转录和表达模式均为雌性专—。Sxl转录发生后不久，晚期启动子PL就被激活，Sxl就进入RNA剪接水平的调控。PL位于PE上游5kb处，在两种性别中均被激活，并贯穿于随后的发育过程，呈组成型转录模式。但对来自Sxl mRNA的cDNA的分析表明，因差异性RNA剪接，雌雄两性的Sxl mRNA并不相同（Bell et al., 1988），而且在雌性中，SXL蛋白可与自身的mRNA前体结合，并将其按雌性方式剪接成成熟mRNA，编码一个含354个氨基酸的蛋白，该蛋白与雌性特异的Sxl早期转录物的产
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物相同或相近，而在雄性中，由于缺乏最初的SXL蛋白，新的Sxl初级转录物按雄性方式进行剪接，雄性特异的转录物在48氨基酸后有一终止密码子（UGA），有差异的RNA剪接使该终止子包含入雄性特异mRNA中，从而产生一无功能的雄性Sxl RNA。在雄性中，通过剪接产生3个外显子，其中终止密码子位于中间外显子中，而在雌性中，RNA剪接只产生2 个外显子，而雄性特异的中间外显子作为一个大的内含子被剪接掉。
图20-5 雌雄两性中Sxl基因的不同激活方式
（A）：在具有两条X染色体和两套常染色体（XX:AA）的野生型果蝇中，分子转录因子亚单位（sis-a、
sis-b等）没有被来自常染色体基因（dpn）的抑制亚单位完全复合。这些分子因子激活Sxl基因的
早期启动子PE，产生的转录物自动剪切成雌性专一mRNA，编码有功能的SXL蛋白。最终，Sxl的组成型转录物从后期启动子PL开始转录。若已形成SXL蛋白（从早期转录中），Sxl前体mRNA就被剪切成有功能的雌性专一的信息。（B）：在具有一条X染色体和两套常染色体（XO:AA）的野生型果蝇中分子转录亚单位完全被分母亚单位所结合，且不能激活早期启动子。当Sxl基因从晚期启动子转录时，RNA剪接不能去除mRNA中的雄性专一外显子，而此外显子含一终止子，因此该信息编码一截
短的无功能的多肽（Keyes et al.,1992）。
所以SXL蛋白的表达模式始终是雌性专一的，只在雌性中，PL的转录物才被剪接成有功能的SXL蛋白的mRNA，由一个包括SXL蛋白（早期或晚期）的正反馈作用在内的自动调节机制所控制。
通过核苷酸顺序可预测雌性特异SXL蛋白的结构，该蛋白包含两个含90个氨基酸的RNA识别域（RRM），这是RNA结合蛋白的特点（如snRNPs）之一（Kenan et al., 1991）。
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