《Developmental Biology》：Gonadal development and gene expression in the leopard gecko during temperature-dependent sex determination
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本研究聚焦爬行纲有鳞目温度依赖性性别决定机制的空白。通过组织学与转录组学分析，首次系统揭示了豹纹守宫在温度敏感期内性腺分化的分子时序。研究发现，雄性通路关键基因（如AMH、DMRT1、SOX9）的激活早于卵巢标记物，并揭示了KDM6B等表观遗传调控因子的物种特异性热响应模式，为理解脊椎动物环境-发育互作提供了关键模型。
在生命的世界里，性别决定并非总是由染色体决定。对于鳄鱼、海龟和部分蜥蜴等爬行动物而言，孵化温度才是决定后代性别的“魔术师”，这一现象被称为温度依赖性性别决定。尽管在龟类和鳄类中已有较多研究，但在物种数量最为庞大的有鳞目（包括蜥蜴和蛇）中，其分子机制仍如一团迷雾。豹纹守宫，这种在较低温度下孵化出雌性、较高温度下孵化出雄性的蜥蜴，是研究这一谜题的理想模型。然而，其性腺是如何在特定温度下“选择”发育为卵巢或睾丸的？关键的分子开关何时启动？这些问题长期悬而未决。为了填补这一重要的系统发育空白，来自东京科学大学的研究团队对豹纹守宫的性腺发育进行了首次全面的组织学和转录组学分析，相关成果发表在《Developmental Biology》上。
研究者们主要运用了几项关键技术：首先，他们设计了精密的温度转换实验，将胚胎在雌性产出温度和雄性产出温度之间进行转换，以精确测定温度敏感期的终点。其次，他们对在不同温度下孵化的胚胎性腺进行了系统的组织学切片与染色分析，追踪了性腺从未分化到完全分化的形态学进程。最后，也是最为核心的部分，他们对四个关键发育阶段的性腺进行了RNA测序（RNA-seq）分析，通过生物信息学方法筛选并分析在不同温度间差异表达的基因，从而构建出性别分化通路的分子图谱。研究样本为实验室条件下繁殖的豹纹守宫胚胎。
研究结果
1. 发育阶段与性腺分化的表征
研究人员首先建立了豹纹守宫胚胎外部形态发育阶段与性腺分化过程之间的联系。组织学分析显示，在胚胎发育阶段34之前，雌性产出温度和雄性产出温度下的性腺在形态上无法区分。直到阶段37，卵巢和睾丸的典型结构差异才变得明显：卵巢呈现球形，皮质增厚并形成腔隙；而睾丸则变得细长，皮质层退化，生精小管开始形成。
2. 温度敏感期的确定
通过温度转换实验，研究人员发现，无论初始温度如何，性腺的性别命运在胚胎发育阶段36变得不可逆转。这意味着阶段36是豹纹守宫温度敏感期的终点，此后的温度变化将无法改变性腺的发育方向。
3. 转录组分析与MPT和FPT之间的差异表达基因
转录组分析揭示了性别分化通路的分子时序远早于形态分化。主成分分析显示，在未分化的阶段31，不同温度下的样本基因表达模式相似；但从阶段34开始，它们沿着不同的轨迹显著分化。
3.1 性腺分化中MPT与FPT的差异表达基因
在分子水平上，性别分化通路在阶段34即已启动，此时性腺在组织学上仍处于未分化状态。研究发现，睾丸分化关键基因，如抗缪勒管激素（AMH）、双性和mab-3相关转录因子1（DMRT1）以及SRY盒转录因子9（SOX9），在雄性产出温度下于阶段34显著上调。相反，经典的卵巢标记物，如叉头框L2（FOXL2）和细胞色素P450家族19亚家族A成员1（CYP19A1，又名芳香化酶），其特异性表达出现得较晚。值得注意的是，尽管卵巢标记物表达延迟，但Wnt信号通路组件（如WNT4和CTNNB1）在雌性产出温度下的早期阶段即被激活，提示其可能是卵巢分化的早期驱动力。研究还发现了一些物种特有的调控模式。例如，在龟类中是雄性决定关键因子的组蛋白去甲基化酶KDM6B，在豹纹守宫中却被温暖的雄性产出温度激活，但其表达随着后期DMRT1的上调而减弱，这与龟类中持续促进DMRT1的模式不同。此外，在最早的差异表达基因中，研究者发现了许多与RNA剪接相关的因子，暗示转录后调控可能在温度依赖性性别决定级联反应中扮演潜在角色。
讨论
本研究首次描绘了具有纯温度依赖性性别决定系统的有鳞目动物——豹纹守宫的性腺发育分子图谱，解决了该类群研究的系统发育缺口。研究表明，尽管性腺分化的核心基因网络是保守的，但上游的温度敏感调控机制在不同物种间呈现出显著的多样性。
温度、发育与性腺命运的复杂互作
研究表明，温度敏感期内的性腺在分子层面早已踏上不同的发育轨迹，尽管其命运在形态分化之前仍可被温度逆转。豹纹守宫的温度敏感期在性腺发生任何组织学分化之前即告结束，这与某些龟类和鳄类中温度敏感期持续到性腺开始形态分化之后的情况不同，揭示了物种间性别命运决定时机与形态分化关系的差异性。
豹纹守宫性腺发育中的基因表达
研究证实了从哺乳动物到爬行动物，睾丸分化核心通路是保守的，而Wnt信号通路则可能是启动卵巢分化的早期事件。一个有趣的发现是，在发育后期，类固醇生成通路发生了剧烈的转换。在孵化前，雄性性腺中与雄激素合成相关的基因（如HSD17B3）和关键核受体（如NR5A1）被协同激活，这可能参与了后期的雄性化过程。研究还发现，可能的温度传感器TRPV4通道在温度敏感期内持续表达且无性别差异，支持了其维持性腺温度响应能力的假设，而其后期在睾丸中的特异性上调可能关联于睾丸的成熟或功能维持。
温度依赖性性别决定中表观遗传调控的多样性
本研究发现豹纹守宫中KDM6B的温敏调控与龟类截然相反，这解耦了在龟类中观察到的KDM6B与DMRT1之间直接、持续的关联，揭示了深刻的进化分歧。相反，多梳蛋白抑制复合体2组分JARID2在低温下的上调反应在爬行动物中似乎更为保守。此外，在JARID2基因中观察到的内含子保留事件偏向于雌性产出温度，结合早期即出现剪接相关基因的差异表达，提示转录后调控，特别是选择性剪接，可能在温度依赖性性别决定机制中扮演着此前未被充分重视的角色。
结论
这项研究为理解脊椎动物性别决定机制的进化可塑性与分子复杂性提供了重要见解。它不仅确立了豹纹守宫作为连接龟类、鳄类与哺乳动物性别决定研究的宝贵模型，其发现的与人类性发育障碍基因的高度重叠，也凸显了其在基础研究与医学研究中的双重价值。这项工作标志着我们在揭示环境如何精密调控发育命运这一生物学核心问题的道路上，又迈出了关键一步。
