蚕的性别决定因子并非普通基因

这种鳞翅目昆虫是首个发现通过RNA而不是蛋白质来决定性别的物种

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在丝绸行业,性别就是金钱。雄蚕比雌蚕能织出更多更高质量的丝茧,因此这个价值数十亿美元的蚕丝产业长期以来一直在寻找一种简便的方法来只培育雄蚕。现在,这可能是一个可以实现的目标,因为研究人员已经确定了蚕家蚕的性别决定过程。研究发现,性别决定因子是一种小的RNA分子——这是首次发现除了蛋白质之外的其他物质参与了性别决定过程。

几乎所有鳞翅目昆虫(包括蛾和蝴蝶)的性别都是由WZ染色体系统决定的,这与哺乳动物使用的XY系统不同。雌蚕携带W和Z性染色体,而雄蚕则拥有两条Z染色体。

去年,研究人员展示了如何对蚕进行基因改造,使雌蚕表达一种致命蛋白质(参见“基因杀伤开关为提高产量消灭雌蚕”)。


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但鉴定W染色体上使蚕成为雌性的基因的努力却未能成功:W染色体似乎没有任何产生蛋白质的基因,而是几乎完全充满了被称为转座子的寄生性、移动的遗传元件。2011年,东京大学的昆虫学家胜间晋领导的一个团队报告说,W染色体产生短RNA分子,这些分子可以控制新形成的卵细胞中的转座子。

性别特异性
胜间和他的团队今天在《自然》杂志上报告说,其中一种被称为Fem的分子是雌蚕特有的,这表明它在性别决定中起作用。Fem RNA会分解一种由被称为Masculinizer的基因产生的相应分子,该基因位于Z染色体上。当研究人员沉默Masculinizer时,胚胎会执行产生雌性组织的遗传程序。

捷克共和国布杰约维采昆虫学研究所的分子遗传学家František Marec说,作者有力地证明了Fem RNA决定了雌蚕的性别,他撰写了一篇随刊的新闻与观点文章。他有一个预感,其他鳞翅目物种也以相同的方式决定性别。例如,他研究的一种蛾的雄性突变体,当它们的基因组中加入哪怕一小部分W染色体时,也会在胚胎期死亡。

胜间说,他的团队正在尝试操纵蚕的性别决定以用于工业应用。但Marec认为,要制造出全雄蚕种并不容易。简单地阻断Fem RNA并不能将通常为雌性的WZ胚胎变成雄性,而抑制Masculinizer则会杀死带有两条Z染色体的胚胎。Marec说,一种经过基因改造以只产生雌性的蚕品系应该会更成功。“你需要通过基因方法来自动杀死雌性。”

本文经《自然》杂志许可转载。这篇文章于2014年5月14日首次发表

Ewen Callaway is a senior reporter at Nature.

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