性腺发育和性别决定.ppt

1、第八章 性腺发育和性别决定 n 性腺的发生在个体发育中属于器官发 生的内容，它的发育过程与动物的生 殖生理有密切的联系。 n 性腺发育在个体性别决定上占有主导 地位。 n 性腺是生殖细胞定植和分化成熟的场 所，它对子代的发育程序设定有重要 的作用。 性别表现型的决定 n 公元前 335年， Aristotle指出性别决定于热 ， 当母亲子宫的冷超 过父亲的精热时子代发育为雌性，雌性 是发育不健全的 雄性 n 17-18世纪，已认识到雌性 可以产生能够传递亲本性状的卵子。 n 19世纪末之前， 人们认为温度、营养、年龄等环境因素决定了 性别。有利于能量和营养储存的因子将使一个人生产女婴，而有 利

2、于能量和营养利用的因子则使人生产男婴。 n 20世纪初， Mendel定律重新发现 (1900)、 McClung发现性 染色体 (1902)、 Stevens和 Wilson在昆虫上发现了性染色体 组成与性别关系 (male=XY or XO while female=XX)(1905) ， 从而认识到遗传物质在性别决定中起重要作用。 多细胞生物性别表达和决定方式的多样性 n 多细胞生物均采取了两性（雌雄）的性别 模式。 n 多细胞生物的有性繁殖有雌雄异体、雌雄 同体（植物中又包括有雌雄同花、异花现 象）、性别转换、孤雌生殖等不同的方式 。 n 性别决定集中表现在性腺的发育选择上（ 初级性别

3、决定），但是性别现象还包括有 性附属器官、性别特征以及性行为等方面 （次级性别决定）。 n 性别发育受基因的控制，但是它的个 体表达选择又有不同的方式： n 通过有性过程中染色体的不同组合方 式带动子代基因的差异分配； n 通过环境因素影响的方式决定基因的 选择性表达。 n 性别决定是一个复杂的生物学现象， 它受多种基因的控制，在基因与表型 的最终实现之间有许多的发育调控环 节，它为性别的多样性表达展开广阔 的发展空间 . 1. 初级性别决定 （ Primary sex determination） 指生殖腺发育为睾丸或卵巢的选择。胚 胎生殖腺 (gonad)的发育命运决定于其染色 体组成，

4、Y染色体的存在使生殖腺的体细胞 发育为 精巢 而非卵巢 。 哺乳动物有初级和次级性别决定现象 一、哺乳动物的性别决定 人 性 腺 形 态 发 生 过 程 A、 胚胎生殖嵴具 有发育的双潜能 性 B、 六周生殖索发 育但尚无性别差 异 C-D、 睾丸发育 生殖索脱离与皮 层的联系，自成 网络，与中肾管 通连 E-F、 卵巢发育 除皮质外，生殖 索大部分退化， 原始卵泡形成， 穆勒氏管将发育 为输卵管 哺乳动物性腺及其生殖管道发育概况 SRY是通过分析 XX的 men 和 XY的 women的 DNA而发 现的。它是一种编码 223 aa 的转录因子，含有 HMG DNA结合区。 精巢决定基因为

5、Y染色体上的 SRY基因 （ 1）精巢发生的基因决定 小鼠 Sry基因存在于 Y染色体上，在未分化的生殖腺和正在 分化为睾丸的生殖腺中表达。转 Sry基因的 XX小鼠可长出 精巢和雄性特征，但不能产生正常的精子 。 A 电泳示正常 XY雄性小鼠（ 1）和转基因 XX 小鼠（ 3）都有 Sry基因 表达，而同窝出生的正常 XX雌性小鼠（ 2）则没有该基因表达 B 转基因 XX小鼠 (右 )发育有 雄性外生殖器，与 XY雄性小鼠 (左 )相似 SRY对精巢发育影响的实验证据 Sox9： 小鼠的 Sox9只在雄性生殖嵴中表达 ，表达时间比 Sry约晚。 SOX9基因 的 缺失使 出生的个体很快死亡

6、。 SF1： 在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表 达，但分化开始后就局限在 XY小鼠正在发育 的睾丸中。在睾丸的间质细胞中，它可激活 几个与激素合成有关的酶基因。 与精巢命运决定有关的常染色体基因 SF1基因对睾丸的发育是必须的 A 敲除 SF1基因的小鼠没有肾上腺和睾丸发 育 B 对照组睾丸正常发育 C 原位杂交显示 SF1表达在发育早期的睾丸 中 雄性： 在单拷贝的情况下， Y染色体上的 SRY基因产物在竞争中 强于 X染色体上的 DAX1的基因产物， 决定了睾丸发育。 雌性： 只有一条 X染色体上的 DAX1活化 (另一拷贝位于不活跃的 X染色体上 ) ，其基因产物决定了卵巢发育。 与 卵

7、巢 命 运决 定有 关的 X 染 色体 基因 DAX1： 它编码 细胞核激素受 体，是 X染色体 上潜在的卵巢 决定基因。 障碍 （ 2）卵巢发生的基因决定 与 卵巢 命运决定有关的 常 染色体基因 WNT4： 是常染色体上潜在的卵巢决定基因。小鼠 Wnt 4在分 化前的 XX和 XY生殖嵴中都表达，其后只在 XX生殖腺中表达。 哺乳动物的性别决定机制 2.次级性别决定 （ secondary sex determination） n 指睾丸或卵巢形成后，由它们分泌的激素 来影响性器官的发育。 n 在出现睾丸的胚胎中， 缪勒氏管退化，而 乌尔夫氏管分化为输精管、附睾、精囊。 n 在出现卵巢的胚

8、胎中，乌尔夫氏管退化， 缪勒氏管分化为输卵管、子宫等。 1.抗缪勒氏管激素 (anti-Mullerian duct hormone, AMH)： 由睾丸支持细胞分泌的 560aa糖蛋白，其作用可能是诱导缪勒 氏管周围的间质细胞分泌一种促凋亡因子，使缪勒氏管退化。 Mullerian duct Wolffian duct Mullerian duct Wolffian duct 雄 激 素 2. 睾丸酮 ： 由睾丸间质细胞合成，其作用是 诱导中肾管分化为输精管、精囊、附睾。 3. 二氢睾丸酮 ： 由睾丸酮转变而成，其作用 是指导生殖结节和尿殖窦分化为阴茎和前列腺。 在 female胚胎中，雌激

9、素由卵巢合 成，它诱导 缪勒氏管 分化为雌性器官 。 在 male胚胎中，雌激素由肾上腺合 成，它使乌尔夫氏管细胞吸收睾丸中 的水分，有助于增加精子的寿命和数 量。 雌激素 (estrogen) 该患者携带 SRY基因 testes AMH Mullerian duct degeneration uterus、 oviduct testosterone No androgen receptor 输精管、精囊、附睾。 患雄激素不敏感综 合症的 XY型个体 1. 果蝇的性别决定于 X染色体与常染色体的数量比 : X染色体上的性别决定基因叫分子基因 (numerator)， 而 常染色体上的性别决定

10、基因叫分母基因 (denominator)。 二者之比 0.5时，个体将发育为雄性。 二、果蝇的性别决定 X染色体 常染色体倍数 X ： A 比率 性别 3 2 1.50 超雌性 4 3 1.33 超雌性 4 4 1.00 正常雌性 3 3 1.00 正常雌性 2 2 1.00 正常雌性 2 3 0.66 中间性 1 2 0.50 正常雄性 1 3 0.33 超雄性 果蝇副性特征决定方式可 产生两性嵌合体现象 发育中途，由于可能出现 X染色体丢失，使成体一些细胞 染色体组型发生变化，带来两性特征嵌合的现象。图中左 半边是雌性（ XX型），右半边是雄性（ XO型） 雌性表达 n dsx基因以雌性

11、个体 方式转录，同时开 启了进一步的雌性 分化基因的表达和 抑制了雄性分化基 因的表达 n 同时 Sxl基因的雌性 特异表达方式抑制 了 X染色体上作为雄 性补偿的相关基因 的表达 控制果蝇雌性的关键基因是 sex lethal (sxl) 雄性表达 n dsx基因以雄性个体方 式转录，同时开启了 进一步的雄性分化基 因的表达和抑制了雌 性分化基因的表达 n 由于 Sxl、 tra基因的 无功能表达，使 msl 基因获得表达，其产 物激活了位于 X染色体 上的雄性补偿基因 雄 果蝇性别决定与哺乳动物比较 1 果蝇同样通过染色体分配的方式实现后 代的性别决定 2 性别决定由 X染色体倍数（ 1或

12、者 2）与 常染色体倍数（ 2n） 的比值决定， Y染色体 并没有性别决定的作用，它只在发育后期 才发挥对精子的活化作用 3 果蝇不产生性激素，其副性特征由身体 相关部位的染色体组型决定 三、 线虫的性别决定 n 线虫性别决定同样是通过 X染色 体与常染色体倍数比决定的， 即同样存在分子基因和分母基 因两套基因。 n 线虫中与果蝇 Sxl对应的基因是 xol-1基因。 n 线虫性别决定的结果是雌雄同 体和雄性个体两种性别类型。 0.2% male progeny 50% male progeny 雌雄同体 线虫的雌雄同体和雄性个体 例 1 爬行动物的孵化温度和性别决定的关系 四、环境因素对性别发育的影响 A.两种蜥蜴，高温导致雄性比率骤增 B.七种乌龟，高温导致雌性比率骤增 全部雌性 全部雌性 全部雄性 全部雄性 例 2 螠虫 Bonellia的性别决定于栖息环境 雌性个体大约 10厘米长，吻伸 展后能超过一米，共生在雌性 体内的雄性个体仅有 1-3毫米 把幼虫置于普通海水中，大部分发育为 雌性；把幼虫置于含有雌性吻碎片的海 水中，大部分发育为雄性 例 3 蜗牛 Crepidula的性别决定于位置 n Crepidula的性 别由位置决定， 上位发育为雄性 ，下位发育为雌 性，图中 两个个 体正在从雄性转 变为雌性，转变 完成后，它们由 上面的雄性蜗牛 授精