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果蝇的性别决定(中)

(2009-04-09 11:43:57)
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杂谈

分类: 生物学教育

() Sxl基因是主开关

在果蝇囊胚形成前或形成时,通过对性指数的计量决定是否打开Sx1基因。Sx1基因是性别决定的总开关,它能永远保持在“开”和“关”的状态。当X:A转录因子浓度达到一定时(X:A=1.0),Sxl基因处在的状态。而在雄体中X:A=0.5转录因子未能达到一定的域值,Sx1基因处于关闭状态。

Sx1基因有早期和晚期两个启动子(PLPE)和8个外显子,在第2个外显中有翻译的起始密码子AUG,而在第3和第8个外显子中有终止密码子UGA。早期起动子是调节型的,由母体效应基因,分子、分母因子共同调控。这个启动子开始的转录是选择性的,即可以跳过第3个外显子,这样也就避免了中途的终止密码子,使翻译可以一直达到最后一个外显子中的UGA,产生有活性的Sx1蛋白(350aa 组成)。囊胚形成后X:A转录因子和母体效应基因的产物已不复存在,PL再已不能被激活,而晚期启动子PE是组成型表达的,无需母体基因及分子、分母因子的调控、激活,所以可在两种性别的囊胚形成后开始表达,Sx1蛋白含有一定浓度的碱性氨基酸,是一种RNA-结合蛋白,它可以改变晚期启动子产生的Sx1初始转录本的剪接,在雌果蝇中由于已存在早期启动子合成的Sx1,因此可以对晚期启动子的mRNA进行适当剪接,从而能产生有活性的Sx1,这就是Sx1的自我调节的功能。这样Sx1的活性在雌体中得到了维持。

雄体(X:A=0.5)其Sx1早期启动子无法被激活,也就不能产生Sx1蛋白,而晚期启动虽能启动,但初始转录物就不能得到Sx1的适当剪接,第3个外显子也被转录,这样在起始点不远的位点就出现了终止密码,这便是雄性特异性的mRNA,只能产生一个很短没有功能的Sx1多肽。

在雌体中Sx1的自我反馈调节维持Sx1的正常表达起到了重要的作用。但还有其它的基因也涉及到维持Sx1的表达,如男性化基因virvirilizer,),老处女基因snfsans  fille,),它们突变后Sx1因不能维持高水平的表达而阻滞雌性发育。还有一个母性效应基因叫做雌性致死fl(2)dfemale-lethal-2d,)基因。其突变会影响到Sx1晚期转录的雌性特异剪接。

() Sx1控制体细胞性别分化基因。

在果蝇性决定的途径中在Sx1下游的还有tratra-2,双重性别基因dsxdoublesex)间性基因ixintersex,两性基因herhermaphrodite)和不育基因frufruitless)等。

Sx1直接的靶基因是tra基因,tra在两性的发育中均被转录,但只在雌果蝇中产生有功能的Tra蛋白,Sx1蛋白的存在可以改变tra基因转录本的剪接。一种剪接方式在雌雄两性中都存在,那就是没有Sx1的指导,产生的RNA的前部含有终止密码子。最终产生的Tra蛋白是没有功能的。在部分雌体细胞中Sx1

蛋白的存在与tra mRNA前体相作用,结合在非性别专一性,3'端剪接位点附近抑制了通常使用的非性别专一的3'端剪切位点,当这个位点被跳越过时,便使用下一个第3个外显子中含有的UGA,结果使约一半tra mRNA前体,产生雌性特异性剪接,形成包括全长ORF的成熟的mRNA,这种mRNA编码有活性的Tra蛋白。

Tra-2基因有多个起始位点和多腺苷加尾位点,加上选择性剪接,就能产生很多不同的相关RNA,编码一系列相关蛋白,这些蛋白都含有Arg-Ser富集区和一个RNA识别区域(RRM),这是几个已知的作为RNA剪接因子的RNA 结合蛋白的特点之一,表明  tra-2的功能也与RNA剪接有关。有些tra-2 RNA只存在雄性生殖细胞中,为正常精子发生所需,此和性别决定无关。另一些tra-2的产物在两性的体细胞中都存在,无性别差异,而只有在Tra蛋白存在对Tra-2蛋白才显示出影响性别分化的功能。Tra可能通过与Tra-2形成某种复合体的形式共同作用,通过对dsxmRNA前体的雌性剪接,表达为雌性异的DsxF,从而进一步控雌性化发育。

dsx座位有两种彼此排斥的表达方式,在雌性中在TraTra-2的作用下,dsxmRNA初始转录本中从内含子的5'到其3'端被切除,结果翻译终止于外显子4未端的UAG处,形成一个较小的蛋白DSXF;在雄性中Tra蛋白无功能,Tra-2不能与其形成复合物,dsx的剪切也就不受二者的影响,从内含子35'端位点直接到内含子43'端,这样将含有终止密码子的外显子4也切除了,使翻译一直进行到第6个外显子,产生一个较大的DSXm 白。TraTra-2调节的作用和Sx12点不同:(1)前者使剪接的结果存在中途的终止位点,而后者相反切除了中途终止位点,使蛋白有功能; 2TraTra-2在两性中不同的剪接虽也产生不同的蛋白,但都有活性,仅功能不同。而Sx1的作用结果是产生有活性的Sx1TRA,而没有 Sx1指导的剪接,Sx1Tra都没有活性。

两性基因ixinterser,)目前了解不多,经遗传分析表明ix产物可与Dsx相互作用,在雌蝇中促使DSXF对雄性分化起抑制作用,是雌性分化所需的基因。her基因是母体温度敏感基因,它在果蝇性别决定途经的前、后两个位置上,都起到调节作用。其本身是一种具有锌指结构的转录因子。在途径的后部与Ix作用的位置相同。



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