是男或是女? 揭開性別決定之謎

閱讀時間約 7 分鐘
論文精選,顧名思義:好醫師會找到有趣的優質論文,用簡單易懂的方式
講述其精要給讀者們,一起用好醫師的眼光跟世界接軌吧!
追尋性別決定基因的那二十五年。所有版權為Nature期刊所擁,本篇文章僅供教學使用。
作者: JENNIFER A . MARSHALL GRAVES
所有版權為Nature期刊所擁,本篇文章僅供教學使用。
這次的論文精選是來自”自然”Nature的
Twenty-five years of the sex-determining gene
部份承襲了上一篇自私的基因中,提到的如何分辨雄性與雌性
這次我們就基因的角度直接討論
  • 是哪些基因決定我們的性別的
  • 這些決定性別的基因從何演變而來
  • 性別決定基因未來的演化方向
睪丸(Testis)分泌的雄性激素的影響範圍很大
從在胚胎時起決定雄性器官的分化、再到青春時影響到陰毛的發育(Pubic hair)、聲音低沉的變化(Deeper voice)、陰莖與前列腺的成長都與睪丸有關。
但到底是什麼基因決定我們會有睪丸並生長成一位生理男性呢?
那就是坐落在Y染色體上的睪丸決定因子Testis-determining factor (TDF)。
1900年, Sinclair與其團隊提出了性別決定基因SRY,這個發現不只讓當時的人們對於研究相關基因有了一個巨大的突破,也因為SRY在人類雄性的一條短短的Y染色體上,也因此開啟了對於Y染色體相關演化的討論!
一切就先從歷史的沿革開始講起,在1980年代以前,我們完全不知道性別決定基因TDF在哪裡,也不知道性別決定基因是如何決定性別的,一切的一切就像船隻駛在沒有羅盤的汪洋大海上一樣充滿了迷團。
克林菲特氏症,其染色體是XXY;一種是外表是女性的Swyer症候群,其染色體是跟一般生理男性一樣的XY。一個是有兩個X卻表現男性、一個是XY卻表現女性。
因為這個時候科學家們猜想,該不會性別決定的關鍵
就在這個Y染色體上面吧!?
有了這個線索後,時間一直走到了1987年,科學家David Page發現了Y染色體中第一個編碼基因(註1)ZFY,當時情勢一片大好。
因為他不只出現在我們懷疑的Y染色體、在睪丸中也有這個基因的表現
而且在猴子、老鼠、狗或馬等哺乳類動物中也有這個基因的留存,一切看起來都像是要接近答案了!
然而在1988年本篇論文當時的博士班學生Andrew Sinclair跟Jamie Foster發現這個ZFY沒有出現在哺乳類的分支:有袋類動物中
且在數個月後,ZFY又被發現說這個基因雖然存在於老鼠精蟲中,卻沒有表現在老鼠睾丸的其他細胞,這代表ZFY絕對不是大家要尋找的睪丸決定因子TDF,因此尋覓之路就又此展開了!
這位博士班學生再度加入了性別決定基因的尋覓之旅,他們的新團隊這次針對雄性XY的Y染色體中更小的DNA片段去做找尋,這非常的困難,因為Y染色體中充滿了無意義的重複片段,所以要找到特別一段有意義的小片段是極度困難的任務。
皇天不負苦心人,在1990年,他們找到了位在Y染色體上的SRY基因(下圖C藍色區域),這個SRY就是傳說中的睪丸決定因子,代表SRY只要有正常表現,胚胎就會發育成男性。
圖一 : 一開始的起源是兩條X,各帶有SOX3基因。中:其中一個SOX3基因被另一段基因序列取代,這個基因序列可以自由決定要發育睪丸或卵巢,最後演化成了可發育成男性睪丸的SRY基因。右:經過時間推移,右邊的染色體中除了要決定性別的基因外,全都慢慢退化,最後變成短短一條的Y染色體
他們也發現前述含有XY但卻是女性的疾病中是因為SRY基因有突變;且更為了印證他真的是性別決定基因,他們在具有XX的雌性母鼠中加入SRY基因(註2),真的會轉而變成雄性。最後,這次他們終於在有袋類動物中也有發現此基因。
性別決定基因SRY終於被發現了
人們原本以為找到這個基因之後,後面將是一帆風順,我們將快速了解此基因是如何運作的。但直到現在,我們才明瞭這個基因的調控是極度複雜的。
在剛發現SRY基因的一開始,我們發覺SRY這個基因不像我們過去認識的其他基因,因此把SRY基因歸類在SOX基因家族之中
而在SOX基因家族之中,除了SRY之外,人們也發覺SOX9基因也跟性別的調控有非常密切的關係。例如發現說在SRY失去功能的時候,SOX9會利用別的方式來補足SRY的功能,這方面在未來真的還需要更多的研究才會更清楚!
我們這裡有另一個大議題,是在性別決定之外的,那就是我們能用性別決定基因來推論人類的演化嗎?
過去科學家在有袋類動物中尋找SRY基因的時候,發現原本應該在Y染色體上的SRY基因 ; 竟然在X染色體上也有類似SRY的基因,稱為SOX3基因(上圖C紅色區域),而我們認為SOX3可能就是SRY的祖先!
為何會這樣想呢? 因為我們發覺在某些SOX3基因表現異常(Misexpression)的個體中,可能會讓應當是女性的XX染色體轉往男性發展,所以代表SOX3也有性別決定的功能,而且時間的演化上可能更早出現。
看到這裡可能有的觀眾開始覺得迷惑了,你說SRY基因是決定生長成男性,但是這個基因的起源又是在女性身上的X中演化而來?為什麼會這樣推論呢呢,因為人們發現在Y染色體上跟性別決定相關的27個基因中,有20個都是從X染色體中演化而來。
這時科學家們有了一個大膽的假設:所謂的Y染色體,其實根本就是X染色體退化而來的
這代表什麼呢,這代表我們一直認為理所當然的男性XY、女性XX這個概念,是從SRY基因演化出來後才開始的概念,而時間點呢?經過推算,大約是在1.6億年到1.9億年前,從我們哺乳類的另一個單孔目分支中開始分化出來,單孔目就是我們最古老的祖先之一,是尚存地球上的"卵生"哺乳類,包含鴨嘴獸與針鼴等。
尚存地球上的"卵生"哺乳類,鴨嘴獸與針鼴(圖片來源:維基)
最後提出一個問題,Y染色體的未來是什麼?
從圖一中我們可以發現,X染色體在演化出SRY基因後,逐漸縮短成為現今的Y染色體,而Y染色體中的基因數目真的很少。甚至在現今兩種鼠類我們已經發現SRY基因的功能已經被其他基因所取代,雖然說我們靈長類的Y染色體比較穩定,但仍可能在數百萬年後"消失"。
在那個時候,性別對人類可能已經不再那麼重要了,我們也可能早就走在一條新的演化之路上而不自覺呢!
以上所有知識僅供教學分享使用,不提供任何其他商業用途
版權為Nature期刊所有
  • 註1:基因序列中很多基因並無功能,稱為垃圾基因。編碼基因Coding gene代表真正能轉錄出蛋白質的有功能基因
  • 註2: 在分子選殖和生物學中,基因敲入(Knock in)是指利用基因工程方法,在原本基因中加入原本沒有的基因片段
好醫師
好醫師
一位嗜書成癮的醫師,不只專注閱讀,更期待能解構書本。結合自身經驗及知識後,表達清晰的個人見解以深入世界。
留言0
查看全部
發表第一個留言支持創作者!