遗传与变异

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         遗传学是研究生物遗传与变异规律的科学，是生命科学中最富有综合性的学科，也是最具时代气息的一门学科，正是由于这些特点，它赋予了遗传学教师充分的主观能动性和展示自我风采的机会。为了展现全国高校遗传学一线教师的教学风采，加强教师间的教学经验交流，让学生领略到不同知识点间的学习技巧，本公众号特邀全国一线遗传学教授，为大家奉上精彩的教学经验系列《我上遗传学》。

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一、XY型性别决定及其确定标准

在染色体水平的性别决定中，若雌性为同配性别、雄性为异配性别，则定义为XY型性别决定，人和果蝇就属于这种性别决定类型。那么二者在本质上是否相同？

我们知道，人有46条染色体，正常男性为46 XY，女性为46 XX；果蝇有8条染色体，正常雄性为8 XY，雌性为8 XX。如果都丢失了一条性染色体，仅保留一条X染色体，人的染色体组成变为45 XO，果蝇的染色体组成变为7 XO，前者的性别表现为女性，而后者性别则为雄性。这种在畸变状态下所表现的性别表型不同，其原因何在？

二、XY型性别决定特点

1.人类的性别决定

   人类正常男性中的Y染色体经过测序，其长度为60Mb，含有78个基因，在Y染色体短臂上（Yp11.3）具有一个命名为SRY（SRY，sex determining region on the Y chromosome）基因，编码睾丸决定因子（TDF，testis-determning factor），只有1个外显子，编码1个由204个氨基酸组成的蛋白质。当SRY基因易位到X染色体上，表现为XX男性，当Y染色体缺失了SRY基因，表现为XY女性。由此说明，Y染色体上的SRY基因具有强烈的男性化作用。

关于Y染色体的研究一直备受关注，2014年4月24日出版的Nature杂志（508期），Y染色体登上了封面，本期有2篇关于Y染色体的研究论文，研究结果表明，XY染色体早在1.8亿年以前从常染色体进化而来，在进化过程中，Y染色体上的基因逐渐减少，保留下来的基因对于维持男性的生存至关重要。

2. 果蝇的性别决定

果蝇属于XY型性别决定。为了便于分析，将常染色体的组数用A来表示，正常雄性的性染色体为XY，有2组常染色体，因此染色体组成表示为XY+2A，而正常雌性表示为XX+2A。

早在1932年，Bridges对果蝇的性别开展了相关研究。研究发现，染色体畸变下果蝇的性别与X/A值有关：当X/A = 1.0时，表现为雌性；当X/A = 0.5时，表现为雄性；当X/A > 1.5或X/A < 0.5，表现为超雌性或超雄性；当0.5 < X/A < 1.5，表现为间性。由此看来，果蝇的性别决定与Y似乎没有太大的关系，而与X/A值有关。

 性指数(sex index)

性指数（X/A）是性染色体数（X）与常染色体组数（A）的比值。那么性指数（X/A）如何决定果蝇的性别？

  果蝇中存在1个雌性化基因 sxl (sex lethal)。我们将X染色体上编码的蛋白称为“分子蛋白（numerator）”，常染色体上编码的蛋白称为“分母蛋白（denominator）”，二者形成的复合物在果蝇发育的囊胚形成前或形成时，对sxl发生作用，sxl是否被激活与X/A值有关。 

 Sxl基因的激活

在XX胚胎和XY胚胎中，二者常染色体相同，所不同的是XX胚胎有2条X染色体，XY胚胎仅有1条X染色体。

在XX胚胎中，X染色体表达的“分子蛋白”和常染色体上表达的“分母蛋白”形成复合物，余下的“分子蛋白”与细胞中原有的母源蛋白形成复合物，该复合物对sxl发生激活作用。而在XY胚胎中，由于仅有1条X染色体，表达的“分子蛋白”较少，因此没有多余的“分子蛋白”，没有“分子蛋白”与母源蛋白结合形成的复合物，进而不能对sxl发生激活作用。 

 Sxl蛋白的产生

在XX胚胎和XY胚胎中，都存在sxl基因，它们都具有2个启动子（晚期启动子P_L和早期启动子P_E）和8外显子（以数字表示），其中P_E需要受到复合物的激活表达，外显子3含有终止密码子。

在XX胚胎中，由于具有母源蛋白与分子蛋白形成的复合物，能够激活sxl基因的早期启动子P_E，基因转录表达形成Sxl早起产物。晚期启动子P_L启动基因表达形成的产物经过Sxl早起产物的剪切而形成有活性的Sxl蛋白。在XY胚胎中，早期启动子P_E不能被启动，没有Sxl早起产物产生，所以，晚期启动子P_L启动基因表达形成的产物没有经过Sxl早起产物的剪切，形成了无活性的Sxl蛋白。 

 Sxl蛋白启动性别决定的级联反应

  果蝇中与性别决定相关的基因还有tra（transformer，性别转换基因）和dsx（double sex，双重性别基因），位于常染色体上，通过Sxl蛋白启动，表现为级联反应。

在XX胚胎中，产生的Sxl蛋白是有活性的蛋白（剪掉含有终止密码子部分），对tra表达产物发生正常剪接作用，形成Tra蛋白（1,3,4），进一步对dsx表达产物发生正常剪接作用，形成DSX-F蛋白（1,2,3,4），使XX胚胎向雌性发育。在XY胚胎中，产生的Sxl蛋白是无活性的蛋白（含有终止密码子部分），不能对tra表达产物发生剪接作用（1,2,3,4），这个蛋白进一步对dsx表达产物发生剪接作用，所形成的蛋白为DSX-M（1,2,3,5,6），使XY胚胎向雄性发育。

由此可以看出，在XX、XY胚胎中，都存在三种基因（sxl，tra，dsx），只是通过不同的剪接方式，使胚胎向不同方向发育，这种转录后调控方式称之为选择性剪接（alternative splicing）。果蝇的性别决定实质上是性指数决定，其关键是sxl基因的激活。

3. Y染色体在人类和果蝇中作用差异

    人类和果蝇都属于XY型性别决定，都含有Y染色体。下表提供的信息中，总结了Y染色体在人和果蝇中的作用差异。

作者简介：

周宜君：满族，理学博士，教授，现任中央民族大学生命与环境科学学院院长，《遗传学》主讲教师，主要从事植物抗逆生理和分子机制研究工作。主持北京市教改项目、国家民委教改项目、国家自然科学基金项目等多个教学、科研项目，发表教学论文40余篇，科研论文80余篇，发明专利2项，出版教材3部、专著1部。先后荣获北京市高校教学名师奖、首都劳动奖章、北京市师德标兵、北京市教育创新标兵、北京市民族教育烛光杯奖、宝钢优秀教师奖、北京市教学成果奖等。