來(lái)源:科學(xué)大院
站在窗臺(tái)向外眺望,樹上的鳥兒、花壇的繁花、行走的人們、茁壯成長(zhǎng)的蒼天大樹……所有的生物都巧妙地被劃分為雌雄兩性,,陰陽(yáng)兩極,。那么,,是什么因素決定了萬(wàn)千眾生的性別呢,?
在許多物種中,性別決定由遺傳因素(基因)或遺傳因素與環(huán)境因素的影響共同產(chǎn)生,。在基因型性別決定中,,也稱為遺傳或染色體性別決定,雄性和雌性通過(guò)一些基因來(lái)指定它們的性形態(tài),。
不過(guò),,有些情況下,生物體的性別由環(huán)境因素(如溫度)決定,。一些物種,,如各種花和魚,沒有固定的性別,,而是經(jīng)歷了生命周期,,在相應(yīng)的生命階段基于遺傳線索改變性別,這可能是由于季節(jié)和溫度等環(huán)境因素造成的,。
近日,,國(guó)際學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)》雜志近日?qǐng)?bào)道了中美科學(xué)家關(guān)于環(huán)境溫度可以影響烏龜性別的研究[1]。對(duì)于兩棲動(dòng)物而言,,環(huán)境通常在很大程度決定動(dòng)物的性別,。今天,大院er就跟你談一下各種有趣的性別決定因素,。
烏龜?shù)男詣e可由環(huán)境決定(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
決定性別的環(huán)境因素
溫度依賴性決定
溫度依賴性決定因素(TSD)是指環(huán)境溫度影響胚胎性發(fā)育的過(guò)程,其中包括爬行動(dòng)物在內(nèi)的脊椎動(dòng)物的性別決定,。比如在短吻鱷,,一些海龜和蜥蜴類,性別取決于在溫度敏感期孵化受精卵的溫度,。對(duì)于某些有TSD的物種,,受精卵暴露在較熱的溫度中導(dǎo)致后代是一種性別,而較冷的溫度導(dǎo)致另一種性別,。
溫度決定性別(來(lái)源維基百科)
對(duì)于溫度如何控制性別,,日前浙江萬(wàn)里學(xué)院的錢英國(guó)團(tuán)隊(duì)的最新研究成果提供了重要線索。該團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)了紅耳龜雄性性腺分化的關(guān)鍵基因Dmrt1,,組蛋白H3第27位賴氨酸(H3K27)去甲基化酶KDM6B在紅耳龜未分化性腺中呈現(xiàn)溫度依賴型二態(tài)性表達(dá)分布,,而且溫度置換實(shí)驗(yàn)顯示,在性腺分化前,,Kdm6b能快速響應(yīng)溫度變化,。在26°C(所有后代發(fā)育成雄性的溫度)下,敲除Kdm6b可以觸發(fā)80%以上存活胚胎中的雄性逆轉(zhuǎn)為雌性。KDM6B通過(guò)消除H3K27在其啟動(dòng)子附近的甲基化修飾直接促進(jìn)雄性決定基因Dmrt1的轉(zhuǎn)錄,。同時(shí),,Dmrt1過(guò)表達(dá)可以恢復(fù)Kdm6b破壞引起的性反轉(zhuǎn)。
該研究揭示了龜類物種表觀遺傳機(jī)制與溫度依賴性別決定之間的因果關(guān)系和直接遺傳聯(lián)系,。證明組蛋白去甲基化酶KDM6B調(diào)控了龜?shù)臏囟纫蕾囆托詣e決定,,繼而為最終全面破譯TSD機(jī)制奠定基礎(chǔ)[1]。
錢英國(guó)團(tuán)隊(duì)的研究模型(來(lái)源于Science)
其他環(huán)境決定系統(tǒng)
在動(dòng)物中還有其他環(huán)境性別決定系統(tǒng),,包括位置依賴性決定系統(tǒng),,如在海洋蠕蟲中,如果幼蟲與雌性發(fā)生身體接觸,,幼蟲就會(huì)變成雄性,,這是由雌性產(chǎn)生的一種化學(xué)物質(zhì)bonellin引起的[11]。另外一些物種比如蝸牛,,隨著時(shí)間的推移性別會(huì)發(fā)生變化:成年時(shí)是雄性,,然后成為雌性。
蝸牛(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
決定性別的遺傳因素
除去環(huán)境決定性別因素外,,更多物種的性別決定因素是遺傳因素,。雄性和雌性具有不同的等位基因或甚至不同的基因來(lái)指定它們的性形態(tài)。在動(dòng)物中,,通常伴隨著染色體差異,,一般通過(guò)XY,ZW,,XO,,ZO染色體或單倍體二倍體的組合。
XX/XY性染色體
XX/XY性別決定系統(tǒng)由于在人體中發(fā)現(xiàn)而被熟知,。XX/XY系統(tǒng)在大多數(shù)哺乳動(dòng)物以及一些昆蟲中均有發(fā)現(xiàn),。在此系統(tǒng)中,性染色體有兩種,,一種為X染色體,,另一種為Y染色體,兩種染色體形狀,、大小不同,,與其他染色體(常染色體)不同。以人類的染色體為例,,正常人類具備23對(duì)染色體,,其中22對(duì)常染色體,一對(duì)性染色體(XX/XY),。正常女性有兩種相同類型的性染色體(XX),,而正常男性有兩個(gè)不同的性染色體(XY)。
人體正常染色體分組圖,,女性為XX,男性為XY(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
1,、以Y染色體為中心的性別決定
人類性別由Y染色體的存在或缺失決定,。Y染色體上有決定生物雄性性別的SRY基因,一旦SRY基因被激活,,細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生雄性激素,,可以確保單一的男性生殖系統(tǒng)的發(fā)育。在典型的XX胚胎中,,細(xì)胞分泌雌激素,,驅(qū)使身體走向雌性通路。除人以外,,依賴SRY的物種的成員可以具有不常見的XY染色體組合,,例如擁有XXY染色體并且仍然存活[2]。
SRY蛋白結(jié)構(gòu)(來(lái)源PDB網(wǎng)站)
2,、X染色體為中心的性別決定
在果蠅等物種中,,使用兩個(gè)X染色體來(lái)確定雌性[3],Y染色體在果蠅性別決定中無(wú)任何作用,,僅是雄性可育的一個(gè)必須因素,,在精子形成過(guò)程中被激活。使用X的數(shù)量來(lái)確定性別的物種是無(wú)法通過(guò)額外的X染色體存活的,,比如XXX基因型的果蠅就不能存活,。
果蠅性別決定(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
3、其他XY染色體性別決定系統(tǒng)
一些魚除了有XY性別決定系統(tǒng)外,,還有該系統(tǒng)的變體,。例如,雖然有XY染色體,,但是米奇魚也有第二個(gè)Y染色體,稱為Y‘,,Y’染色體功能類似于X染色體,,從而產(chǎn)生XY‘雌性和YY’雄性,但是這個(gè)Y‘染色體出現(xiàn)的幾率不是很高[4],。
米奇魚(來(lái)源維基百科)
另外,,鴨嘴獸呈現(xiàn)出一種特定的性別決定方案,它們?cè)谀承┓矫骖愃朴赯W性染色體的鳥類,,缺乏SRY基因,。鴨嘴獸有十條性染色體,雄性具有XYXYXYXYXY模式,而雌性具有十個(gè)X染色體,。為了確定鴨嘴獸的確切性別決定基因,,科學(xué)家必須進(jìn)行更多的研究[5]。
鴨嘴獸(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
4,、XX/X0性染色體
在XY系統(tǒng)的這種變體中,,雌性有兩個(gè)性染色體拷貝(XX),但雄性只有一個(gè)(X0),,0表示沒有第二個(gè)性染色體,。許多昆蟲都是這一系統(tǒng),包括蚱蜢,,蟋蟀以及蟑螂,。少數(shù)哺乳動(dòng)物也缺乏Y染色體,包括奄美刺鼠和棘鼠等[6],。
蟋蟀(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
ZW性染色體
鳥類,,一些爬行動(dòng)物以及昆蟲等生物是ZW性別決定系統(tǒng)。,。與XY性別決定系統(tǒng)相反,,ZW性別決定系統(tǒng)中,雌性具備兩種不同的染色體(ZW),,而雄性有兩種相同類型的染色體(ZZ)[7],。
鳥類性別由ZW系統(tǒng)決定(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
單倍體
膜翅目昆蟲包括超過(guò)200,000種螞蟻,、蜜蜂,、黃蜂和鋸蟲。大部分成員都由單倍體性別決定系統(tǒng):雄性是單倍體(一個(gè)染色體組,,也就是不受精的卵子直接發(fā)育),,雌性是二倍體(兩個(gè)染色體組,也就是受精卵發(fā)育而成),。在大多數(shù)膜翅目昆蟲中,,交尾時(shí)雌性可以從雄性個(gè)體得到精子,貯存在受精囊中,,卵子成熟后順輸卵管下降,,精子從受精囊放出,使卵子受精,。在這個(gè)過(guò)程中,,雌性通常可以控制卵子是否受精,,并且可以調(diào)整后代的性別比例,。在蜜蜂和螞蟻的種群中,,二倍體雌性從未受精的卵中發(fā)育而來(lái),能夠通過(guò)孤雌生殖產(chǎn)生后代,。
螞蟻(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))
綜述所述,,性別決定還是蠻復(fù)雜的,對(duì)于絕大部分生物而言,,遺傳起主要作用,;但是對(duì)于少數(shù)生物(如兩棲動(dòng)物,蝸牛等),,環(huán)境在性別的決定中,,也起了至關(guān)重要的作用。
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