脊椎动物Dmrt基因的研究进展

［文章编号］１００１－３６０１（２０１２）０５－０２７０－０１４８－０５脊椎动物Ｄｍｒｔ基因的研究进展汪海，王婷茹，袁静，杨超，于祥国，李明辉，王德寿＊（淡水鱼类资源与生殖发育教育部重点实验室，水产科学重庆市市级重点实验室，西南大学生命科学学院，重庆北碚４００７１５） ［摘　要］Ｄｍｒｔ基因家族是近年来发现的在脊椎动物中主要参与动物性别决定和分化、器官发育和功能维持的一个基因家族，其主要功能与性别决定、器官发育及疾病发生密切相关。

目前，对该家族成员的功能研究主要集中在Ｄｍｒｔ１，且在不同的物种中克隆到该基因并进行了大量研究。

为了对研究Ｄｍｒｔ基因提供参考，综述了近期Ｄｍｒｔ基因家族研究的一些特点、功能及作用机制。

［关键词］脊椎动物；Ｄｍｒｔ基因；基因家族；动物性别；器官发育；功能维持［中图分类号］Ｓ８［文献标识码］ＡＡｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｄｍｒｔ　Ｇｅｎｅ　Ｆａｍｉｌｙ　ｏｆ　ＶｅｒｔｅｂｒａｔｅｓＷＡＮＧ　Ｈａｉ，ＷＡＮＧ　Ｔｉｎｇ－ｒｕ，ＹＵＡＮ　Ｊｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｃｈａｏ，ＹＵ　Ｘｉａｎｇ－ｇｕｏ，ＬＩ　Ｍｉｎｇ－ｈｕｉ，ＷＡＮＧ　Ｄｅ－ｓｈｏｕ＊（Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｑｕａｔｉｃ　Ｏｒｇａｎｉｓｍ　Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＡｑｕａｔｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｂｅｉ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｄｍｒｔ　ｇｅｎｅ　ｆａｍｉｌｙ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　ａｍｏｎｇ　ｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ｓｅｘｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ，ｏｒｇａｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ．Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｍｒｔ　ｇｅｎｅ　ｆａｍｉｌｙ　ｗｅｒｅ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌｌｙ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　Ｄｍｒｔ１，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｃｌｏｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｓｐｅｃｉｅｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｓｏｍｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｃｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｄｍｒｔ　ｇｅｎｅ　ｆａｍｉｌｙｗｅｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｄｍｒｔ　ｇｅｎｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ；Ｄｍｒｔ　ｇｅｎｅ；ｇｅｎｅ　ｆａｍｉｌｙ；ｇｅｎｄｅｒ　ｏｆ　ａｎｉｍａｌｓ；ｏｒｇａｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｍｒｔ基因家族是近年来发现的在脊椎动物中主要参与动物性别决定和分化、器官发育和功能维持的一个基因家族。

Ｄｍｒｔ家族成员的主要特征是所编码的蛋白质都包含一个具有ＤＮＡ结合能力的保守基序———ＤＭ（Ｄｏｕｂｌｅｓｅｘ　ａｎｄ　Ｍａｂ－３）结构域，该结构域在不同进化类型的生物中具有相当的保守性［１］；Ｄｍｒｔ基因是一类转录调控因子，其编码的产物以锌指方式与特异的ＤＮＡ序列相结合，通过调节目的基因转录参与发育调节过程［２］。

Ｄｍｒｔ基因在控制性别发展、调节性别分化［３］和雄性不育方面［４］有重要作用。

此外，Ｄｍｒｔ基因对某些器官的发育和功能的维持，以及疾病的发生也密切相关［５－６］。

笔者将近期对Ｄｍｒｔ基因家族研究的一些的特点、功能及作用机制进行综述，为以后更好地研究Ｄｍｒｔ基因提供参考。

１脊椎动物Ｄｍｒｔ家族成员的发现目前已在鱼类、两栖类、爬行类、哺乳类等各个进化阶层动物中检测到Ｄｍｒｔ家族成员的存在，充分表明，该基因家族在进化过程中具有相当的保守性。

在脊椎动物中发现Ｄｍｒｔ家族约有１０个成员，即Ｄｍｒｔ１，Ｄｍｒｔ２（Ｄｍｒｔ２ａ），Ｄｍｒｔ２ｂ，Ｄｍｒｔ３、Ｄｍｒｔ４（Ｄｍｒｔａ１），Ｄｍｒｔ５（Ｄｍｒｔａ２），Ｄｍｒｔ６（Ｄｍｒｔｂ１），Ｄｍｒｔ７（Ｄｍｒｔｃ２），Ｄｍｒｔ８（Ｄｍｒｔｃ１），Ｄｍｙ等。

在不同的物种中Ｄｍｒｔ家族成员的命名方式与结构有所不同。

如人ＤＭＲＴ１的ＯＲＦ编码３７３个氨基酸，而斑马鱼Ｄｍｒｔ１的ＯＲＦ编码２６７个氨基酸。

鱼类现已发现有７个Ｄｍｒｔ家族成员，斑马鱼（Ｄａｎｉｏｒｅｒｉｏ）　［收稿日期］　２０１１－１１－２５；２０１２－０４－０７修回　［作者简介］　汪　海（１９８４－），男，在读硕士，研究方向：动物分子生物学。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｗｗａｎｇｈａｉ＠１６３．ｃｏｍ　＊通讯作者：王德寿（１９６４－），男，教授，博士生导师，从事动物学、水生生物学研究櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃。

［３］汪松，解焱．中国物种红色名录（第１卷）：红色名录［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００４：１６５．［４］张竹青，周路，杨兴，等．长臀鮠含肉率及肌肉营养成分分析［Ｊ］．贵州农业科学，２００９，３７（６）：１２６－１２９．［５］张竹青，周路，杨兴，等．长臀鮠肌肉脂肪酸组成分析［Ｊ］．贵州农业科学，２００９，３７（１０）：１４９－１５２．［６］周立斌，叶卫．长臀鮠胚胎发育的研究［Ｊ］．水产科学，２００７，２６（１）：３１－３４．［７］郁桐柄，沈丽红．长臀鮠繁殖生物学初步研究［Ｊ］．浙江海洋学院学报：自然科学版，２００５，２４（３）：２６７－２７０．［８］周立斌，叶卫．长臀鮠人工繁殖技术探讨［Ｊ］．水利渔业，２００５，２５（２）：２２，５７．（责任编辑：冯　卫）　贵州农业科学　２０１２，４０（５）：１４８～１５２　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ中发现有５个，分别为Ｄｍｒｔ１、Ｄｍｒｔ２ａ、Ｄｍｒｔ２ｂ、Ｄｍｒｔ３和Ｄｍｒｔ５［７－１１］，其中Ｄｍｒｔ２ａ与Ｄｍｒｔ２ｂ是一种复制现象［９］；在大鳞副泥鳅（Ｐａｒａｍｉｓｇｕｒｎｕｓ　ｄａｂ－ｒｙａｎｕｓ）中发现３个（Ｄｍｒｔ１、Ｄｍｒｔ３，Ｄｍｒｔ５）［１２］；在稀有鮈鲫（Ｇｏｂｉｏｃｙｐｒｉｓ　ｒａｒｕｓ）中发现１３个具有不同ＤＭ结构域的Ｄｍｒｔ基因家族成员，通过同源分析发现并分离得出５个亚群［１３］；在红鳍东方鲀（Ｔａｋｉｆｕｇｕ　ｒｕｂｒｉｐｅｓ）中发现有５个（Ｄｍｒｔ１，Ｄｍｒｔ２，Ｄｍｒｔ３，Ｄｍｒｔ４，Ｄｍｒｔ５）［１４－１５］；此外，还在尼罗罗非鱼（Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓ　ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ）［１６］、青鳉鱼（Ｏｒｙｚｉａｓ　ｌａｔｉｐｅｓ）、剑尾鱼（Ｘｉｐｈｏｐｈｏｒｕｓ　ｈｅｌｌｅｒｉ）等多种鱼类中检测到ＤＭＲＴ基因的存在。

在两栖类已检测到有５个，在非洲爪蟾（Ｘｅｎｏｐｕｓ　ａｎｄｒｅｉ）中发现有４个（Ｄｍｒｔ１，Ｄｍｒｔ　２，Ｄｍｒｔ４，Ｄｍｒｔ５）［１７－１９］，在蛙类（Ｒａｎａ　ｌｉｖｉｄａｖ）检测到有Ｄｍｒｔ３的存在。

在爬行类已检测到６个成员（Ｄｍｒｔ１，Ｄｍｒｔ２，Ｄｍｒｔ３，Ｄｍｒｔ４，Ｄｍｒｔ５，Ｄｍｒｔ６）存在［２０－２３］；在鸟类检测到有４个成员，但都没有完整的序列；在哺乳类发现有８个成员（Ｄｍｒｔ１，Ｄｍｒｔ２，Ｄｍｒｔ３，Ｄｍｒｔ４，Ｄｍｒｔ５，Ｄｍｒｔ６，Ｄｍｒｔ７，Ｄｍｒｔ８）存在［２４］。

２脊椎动物Ｄｍｒｔ基因的特点Ｄｍｒｔ基因其结构在不同进化阶层的不同物种中是比较保守的，大多数都具有一个与特定ＤＮＡ序列结合的保守基序－ＤＭ（Ｄｏｕｂｌｅｓｅｘ　ａｎｄ　Ｍａｂ－３）区；ＤＭＲＴ基因是一个比较古老的基因［２５］。

在大多数脊椎动物中，Ｄｍｒｔ１、Ｄｍｒｔ２和Ｄｍｒｔ３共线，且紧密连锁［８、２６］。

Ｓｈｉｎｓｅｏｇ　Ｋｉｍ等［２７］在小鼠中发现Ｄｍｒｔ４、Ｄｍｒｔ５和Ｄｍｒｔ６在同一条染色体上，且Ｄｍｒｔ６和Ｄｍｒｔ５紧密连锁。

３脊椎动物Ｄｍｒｔ基因的功能对Ｄｍｒｔ基因家族成员功能的研究，主要集中在Ｄｍｒｔ１，而对其他成员的研究较少；该家族基因在不同的组织、不同的生理状态下可编码出不同的同工型蛋白质［２８］，其主要功能是参与性别决定与分化；此外，在其他组织和器官的发育等方面也起着重要的作用。

３．１参与脊椎动物性别决定和调控在小鼠中，Ｄｍｒｔ１、Ｄｍｒｔ３和Ｄｍｒｔ２定位于１９号染色体Ｃ２－Ｃ３区，Ｄｍｒｔ４定位于４号染色体Ｃ５区，Ｄｍｒｔ５和Ｄｍｒｔ６定位于４号染色体Ｃ７区，Ｄｍ－ｒｔ７位于第７号染色体Ａ３区，Ｄｍｒｔ８位于Ｘ染色体Ｄ区。

研究发现，Ｄｍｒｔ１在出生后小鼠性腺的分化和发育起着十分重要的作用［２９］，在其成体精巢中，Ｄｍｒｔ１的缺失会导致Ｓｅｒｔｏｌｉ细胞转变成Ｇｒａｎｕｌｏｓａ细胞，最终发生性逆转；在卵巢中，Ｆｏｘｌ２的缺失会导致Ｇｒａｎｕｌｏｓａ细胞转变成Ｓｅｒｔｏｌｉ细胞［３０］；卵巢中，Ｄｍｒｔ１通过调控Ｓｔｒａ８活性促进卵子发生，而精巢中Ｄｍｒｔ１抑制Ｓｔｒａ８［３１］。

Ｄｍｒｔ１决定着雄性生殖细胞发生有丝分裂或减数分裂［３２］，在ＸＹ雄性小鼠中研究发现，Ｄｍｒｔ１基因敲除会导致睾丸分化受阻及生殖细胞死亡。

Ｄｍｒｔ１激活精巢特异基因Ｓｏｘ８与Ｓｏｘ９的表达，抑制卵巢特异基因Ｗｎｔ４、Ｒ－ｓｐｏｎｄｉｎ－１信号蛋白与Ｅｒ的表达［３３－３４］。

以上研究表明，Ｄｍｒｔ１作为一个双功能调控基因，既能激活一些基因，又能抑制一些基因。

同时，Ｄｍｒｔ１也受其他基因的调控，如在Ｓｅｒｔｏｌｉ细胞中，Ｓｐ１与Ｅｇｒ１调控Ｄｍｒｔ１的转录［３５］；Ｆｏｘｌ２也能抑制Ｄｍｒｔ１的转录［３６］。

Ｋｒｅｎｔｚ　ＡＤ等［３７］在１２９ＳＶ小鼠中发现，Ｄｍ－ｒｔ１的缺失会使肿瘤的发生率增高，但在Ｄｍｒｔ１突变的Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ小鼠中不会发生。

人类ＤＭＲＴ２、ＤＭＲＴ３、ＤＭＲＴ５和ＤＭＲＴ７在精巢中有表达，ＤＭＲＴ６、ＤＭＲＴ８在精巢和卵巢中均有表达［３８－３９］。

Ｄｍｒｔ２、Ｄｍｒｔ３和Ｄｍｒｔ８在小鼠精巢中专一性表达，而Ｄｍｒｔ４、Ｄｍｒｔ５、Ｄｍｒｔ６和Ｄｍｒｔ７在精巢和卵巢中均有表达［２８，４０－４１］。

迄今为止，Ｄｍｒｔ７和Ｄｍｒｔ８只在哺乳动物中发现，这两个基因有可能是哺乳动物特有的Ｄｍｒｔ基因；但Ｄｍｒｔ８在小鼠和人中发现缺乏ＤＭ－ｄｏｍａｉｎ结构域。

在人类，ＤＭＲＴ１的缺失与ＸＹ的性逆转密切相关［４２］。

在鸟类，Ｄｍｒｔ１位于Ｚ染色体上，胚胎时期，Ｄｍｒｔ１在ＺＺ中的表达量远高于ＺＷ的表达量，说明，Ｄｍｒｔ１在鸟类性别决定方面可能有着重要作用［４３］，同时Ｄｍｒｔ１也能抑制芳香化酶的表达。