家畜胚胎性別鑒定的研究進展
許多畜牧獸醫工作者一直在為實現動物性別的人為控製進行著不懈的努力。動物性別控製主要采用兩條途徑,即X精子與Y精子的分離和胚胎性別的鑒定。在前者尚未取得完全成功的情況下。胚胎的性別鑒定成為性別控製的主要途徑。家畜胚胎的性別鑒定技術是家畜胚胎移植技術的一項重要內容,是新的更高的目標之一。通過移植已知性別的胚胎,控製家畜後代的性別比例,能加快優良母畜的繁殖速度,促進高效畜牧業的發展。在養牛業上,結合胚胎分割,胚胎冷凍等動物繁殖技術,幫助選育優良母牛和增加牛奶產量。近年來,隨著轉基因家畜的研究進展,人們也希望能按照家畜性別比例的要求,有選擇的進行所需性別的轉基因家畜的研究和開發。早期胚胎的性別鑒定,使得人們的願望得以實現。另外,在體外受精和胚胎操作技術日趨完善的今天,也迫切需要建立能與胚胎產業化相配套的性別鑒定技術。
l動物性別決定的分子機理
1.1動物的性別決定基因——SRY基因自古以來個體性別決定的機理一直是胚胎學的重大研究課題之一,隨著分子生物學和發育生物學及其它相關學科的發展,人們從本質上對性別決定有了一些較為清楚的認識。Sinchar等(1990)發現在哺乳動物Y染色體上存在性別決定區(SexdeterminingregionofY)[1],即SRY基因。當將攜帶SRY基因的一段基因組片段作為轉基因導入XX小鼠胚胎,實現了由雌性向雄性的性反轉,證明了SRY基因為哺乳動物的性別主宰基因[2]。人們深入的研究了SRY基因的結構和功能,它位於Y染色體短臂,從著絲粒到端粒與擬常染色體區相鄰的35Kb的範圍內。人類的SRY基因隻有一個外顯子,長850hp,該基因有一個多聚腺苷酸位點和兩個轉錄起始點,其間是一個可讀框,可編碼204個氨基酸,其中包含可編碼79個氨基酸的保守區——HMG盒[3]。SRY基因的HMG盒在哺乳動物間具有高度的同源性,如牛SRY基因的HMG盒和人類的同源性達84%。
1.2動物性別決定的機理未分化的性腺中胚層處於中性,如果Y染色體存在,SRY基因將自啟動轉錄,在胚胎睾丸組織細胞係中表達產生SRY因子。SRY因子主要產生三方麵的作用:一是激活下遊的苗勒氏體抑製物基因MIS(副中腎抑製基因)表達,從而抑製苗勒氏管的發育;二是抑製或對抗DSS(逆性別劑量敏感基因)基因產物,進而抑製卵巢發育;三是作用於間質細胞,使之分泌睾酮,使胎兒雄性化,導致陰莖、陰囊和其他雄性器官的形成。對於雌性動物,由於SRY基因的缺少,使得X染色體短臂上DSS位點基因轉錄,促進卵巢發育,而卵巢產生的雌激素使苗勒氏管發育成輸卵管、子宮、子宮頸、陰道等。
SRY基因僅僅是涉及性別決定過程的基因之一,近年來又發現和克隆了許多可能參與性腺分化和發育的基因,如Y染色體上鋅指結構基因(Zinc-finger-Ygene,ZFY)是繼SRY之後又一和性分化有關的單拷貝基因,並與精子的發生有關,在X染色體上存在其同源序列ZFX[4]。另外還有上麵提到的MIS。DSS基因以及SRY基因的相關基因SOX基因家族等。
2家畜早期胚胎的性別鑒定
由於胚胎性別鑒定所潛在的巨大的經濟效益以及其重大的意義,所以各國研究人員在該領域進行了深入的研究,目前已發展了許多胚胎性別鑒定的方法。
2.1細胞生物學方法(染色體核形分析)主要是利用X、Y染色體在形態上的差異,通過判定胚胎細胞性染色體是X還是Y來鑒定胚胎的性別。該方法缺點或存在的困難是分析性染色體需要用分裂中期的細胞,而從桑葚期和囊胚期的胚胎裏取出較多的分裂球才能獲得處於分裂中期的細胞,這要降低胚胎性別鑒定後移植妊娠率。
2.2免疫學方法在8一細胞期至早期胚泡期,哺乳動物的雄性胚胎表達一種雌性胚胎所沒有的細胞表麵因子,即H-Y抗原,利用H-Y抗原和抗體免疫反應的原理可以進行胚胎的性別鑒定。
2.2.l胚胎的細胞毒性分析[5,6]在補體(如豚鼠血清)存在的情況下,H-Y抗體可以與HY+胚胎(雄性胚胎)結合,並使其中的一個或更多的卵裂球溶解,或使卵裂球呈現不規則的體積和形狀,阻滯胚胎發育,受影響的胚胎即為雄性胚胎,將經培養後發育正常的雌性胚胎進行移植就可使母畜隻生雌性後代。但這種方法是以破壞雄性胚胎為代價,而且其準確率不高,經這種方法鑒定的H-Y+鼠胚胎移植後所生仔鼠隻有85%為雌性,這種方法很少被使用。