《Gene Reports》：Characterization of the
dmrt gene family in
Siniperca scherzeri and its sexual dimorphism in early gonads
编辑推荐：
dmrt基因家族成员首次在石斑鱼中发现并分析其组织表达及甲基睾酮处理后的性别分化影响。摘要：在石斑鱼中鉴定出六个dmrt基因（dmrt1, dmrt2a, dmrt2b, dmrt3, dmrt4, dmrt5），发现dmrt1、dmrt3主要在睾丸表达，dmrt2a、dmrt2b在卵巢表达，经17α-甲基睾酮处理后，卵巢中dmrt1、dmrt3表达显著升高，dmrt2a、dmrt2b表达降低，并观察到卵巢向睾丸的性别分化。该研究为石斑鱼性别分化和全雌种群培育提供基础。
陈伟健|陈定贤|林胜月|蔡国军|李伟斌|邓子燕|谢子航|张敏|韩冲|李强
华南生物多样性研究中心，广州大学生命科学学院，广州，510006，中国
摘要
dmrt基因家族中的大多数基因与性腺发育有关，在卵巢和睾丸的分化中起着重要作用。本研究首次鉴定了Siniperca scherzeri中的六个dmrt基因家族成员，分别是dmrt1、dmrt2a、dmrt2b、dmrt3、dmrt4和dmrt5。这些dmrt基因编码的蛋白质都具有高度保守的DM结构域。组织分布结果显示：dmrt1、dmrt3和dmrt4主要在睾丸中表达，而dmrt2a和dmrt2b主要在卵巢中表达。性腺表达模式表明，在60-180天的发育阶段，dmrt1和dmrt3在睾丸中的表达水平相对较高。dmrt2a在发育的60至180天内主要在卵巢中表达。经过17α-甲基睾酮（MT）处理后，卵巢中dmrt1和dmrt3的表达水平显著增加，而dmrt2a和dmrt2b的表达水平显著下降。通过观察性腺组织切片，发现S. scherzeri的卵巢在MT处理后发育成了睾丸。本研究为深入探索S. scherzeri中dmrt基因家族的功能以及培育全雌性S. scherzeri种群奠定了基础，同时也为理解脊椎动物中dmrt基因家族的进化提供了新的视角。
引言
dmrt基因家族编码的所有蛋白质都包含一个保守的DNA结合结构域，称为Doublesex和Mab-3（DM）结构域，该结构域在双侧对称动物中高度保守（Dong等人，2020年）。研究表明，dmrt基因与果蝇中的Doublesex（Dsx）基因和C. elegans中的Mab-3基因同源（Mawaribuchi等人，2019年）。自从在D. melanogaster中首次鉴定出dmrt基因（Burtis和Baker，1989年）以来，这些基因已在多种其他物种中被广泛分离出来。迄今为止，已在脊椎动物中鉴定出九个dmrt基因，可分为八组。大多数鱼类物种中可以检测到dmrt基因家族的六个成员，而在某些个别鱼类物种中仅能检测到七个成员（Dong等人，2020年）。该家族的大多数成员主要参与脊椎动物的性别决定和性腺发育，还参与体节发生和神经发生等生物过程。
dmrt1基因是dmrt基因家族中第一个被鉴定出的成员，已在大多数后生动物物种中发现（Raymond等人，1999年）。在包括棘皮动物、节肢动物、鱼类、爬行动物、鸟类和哺乳动物在内的多种动物中，dmrt1基因在雄性性别决定中起重要作用（Sun等人，2017年；Ioannidis等人，2021年；Wan等人，2025年）。大多数鱼类通过抑制早期类固醇合成并激活雄激素来促进睾丸发育（Sharma等人，2022年）。体外雄激素处理可以显著上调鱼类生殖细胞中的dmrt1表达（Kobayashi等人，2008年）。此外，将脂质体包裹的dmrt1过表达质粒注射到鱼类体内可以促进未成熟睾丸进一步发育为成熟状态（Duan等人，2022年）。这些结果一致表明dmrt1在鱼类中的雄性性别决定和性腺发育中起核心作用。
dmrt2基因有两个同源基因，即dmrt2a和dmrt2b。其中，dmrt2b仅存在于鱼类中，这两个同源基因起源于第二次全基因组复制（2R）期间祖先dmrt2基因的复制（Johnsen和Andersen，2012年）。在鱼类中，dmrt2基因家族主要参与体节分化过程（Louren?o等人，2010年）。在斑马鱼中，dmrt2a基因在肌肉组织中高表达，并在促进肌肉发育中起关键作用；它也在睾丸、卵巢和大脑中表达。相比之下，dmrt2b基因主要在肌肉中表达，并被发现与咽骨和鳃弓的发育有关（Zhou等人，2008年；Li等人，2018年）。关于dmrt2型基因在性腺中的表达的研究仍然有限。目前的研究表明，dmrt2a在R. rugosa的发育中的性腺中表达，但未表现出性别二态性（Matsushita等人，2007年）。在H. schlegelii中，dmrt2a基因在睾丸中高表达（Shi等人，2015年）。在鱼类中，C. semilaevis的睾丸中dmrt2a基因的表达水平高于卵巢（Zhu等人，2019a）。然而，在Siniperca chuatsi中，卵巢中dmrt2a的表达水平高于睾丸（Han等人，2021年）。可以推断dmrt2-型基因在性腺中起一定作用，但它们的功能在不同物种间存在差异。
dmrt3基因不仅主要参与神经元介导的运动协调，还参与性腺发育（Perry等人，2019年）。在斑马鱼中，dmrt3基因在精原细胞、精细胞和发育中的卵细胞中表达，并在生殖细胞的发育中起潜在作用（Li等人，2008年）。在青鳉中，dmrt3基因在睾丸发育中起关键作用，dmrt3的缺失会导致精子发生受损（Deng等人，2024年）。研究表明dmrt3是一个偏向雄性的基因，主要参与睾丸和雄性生殖细胞的发育。
dmrt4-型基因在进化上较为古老，已在棘皮动物、双壳类动物和多毛类动物等无脊椎动物中鉴定出多个基因（Wang等人，2023a；Wang等人，2023b；Ji等人，2023年）。在脊椎动物中，该基因的功能表现出多态性。两栖动物的研究表明dmrt4参与调节嗅觉神经系统的发育（Huang等人，2005年）。在鱼类中，dmrt4基因在多种组织中广泛表达，并具有重要的发育调控功能。例如，在大西洋鳕鱼中，dmrt4和dmrt2基因共同参与体节发生和神经发生（Johnsen和Andersen，2012年）。其表达模式具有组织特异性，在睾丸中表达强烈，在卵巢中表达较弱，在大脑和鳃中表达相对较高（Wen等人，2009年）。此外，不同物种之间存在表达差异；例如，在O. aureus中，dmrt4基因主要在卵巢中表达（Cao等人，2007年）。这些研究发现表明dmrt4可能在鱼类性腺发育、神经系统形成和感觉器官功能的建立中起重要作用。
S. scherzeri属于Siniperca属，Sinipercinae亚科，Percidae科，Perciformes目。它主要分布在中国、韩国和越南，是一种稀有的经济鱼类（Li等人，2025年）。目前，关于S. scherzeri的研究主要集中在生长和营养（Wu等人，2025年；Wang等人，2023c）以及基因组学（Guo等人，2016年；Lin等人，2025年）方面。关于S. scherzeri的基因相关领域的研究报告很少，特别是在性别相关基因的探索方面存在空白，这严重限制了S. scherzeri水产养殖业的发展。dmrt基因家族的成员在鱼类性别决定中起关键作用，许多学者已在不同鱼类物种中鉴定出dmrt基因家族的成员。本研究旨在鉴定S. scherzeri中的dmrt基因家族成员，分析它们的结构，并进一步探索它们在不同组织中的表达模式，特别是在药物（17α-甲基睾酮—MT）处理前后的早期性腺中的表达情况。我们的研究为深入探索dmrt基因家族在S. scherzeri性别决定和性腺发育中的作用奠定了基础。
研究片段
鱼源
从广州南沙水产工业园区获得了三条成熟的S. scherzeri雌鱼和三条成熟的S. scherzeri雄鱼，所有六条成鱼均为1岁。取样前，剪刀通过高温焚烧进行消毒，每条鱼使用一套单独的剪刀进行取样。从每条鱼中采集了十二种组织，分别是大脑、中脑、小脑、鳍条、肌肉、性腺、肠道、脾脏、肝脏、胃、后肾和鳃。
dmrt基因家族成员的全基因组鉴定和定位
本研究在S. scherzeri中鉴定了六个dmrt基因家族成员，分别命名为dmrt1、dmrt2a、dmrt2b、dmrt3、dmrt4和dmrt5（表1）。染色体定位显示，这六个基因分布在三个染色体上：dmrt4基因位于6号染色体上；dmrt1、dmrt3和dmrt2a基因位于7号染色体上；dmrt5和dmrt2b基因位于20号染色体上。此外，dmrt1、dmrt3和dmrt2a基因彼此位置较接近
讨论
不同物种中的dmrt基因家族成员数量各不相同。在脊椎动物中已鉴定出9个dmrt基因（Bellefroid等人，2013年；Wang等人，2023a）。在鱼类中，普遍认为有7个dmrt基因，分别是dmrt1、dmrt2a、dmrt2b、dmrt3、dmrt4、dmrt5和dmrt6。其中，dmrt6基因仅在某些鱼类物种中被鉴定到，如L. crocea（Wan等人，2020年）和I. punctatus（Xu等人，2022年）。本研究表明S. scherzeri中有六个dmrt基因。
结论
本研究首次在S. scherzeri中鉴定了dmrt基因家族的成员dmrt1、dmrt2a、dmrt2b、dmrt3、dmrt4和dmrt5。根据早期性腺发育期间的组织分布和qPCR分析结果：dmrt1和dmrt3基因参与睾丸的分化和发育；dmrt2a和dmrt2b基因参与卵巢的分化和发育；dmrt4和dmrt5基因在发育中的睾丸中起作用。MT处理后
CRediT作者贡献声明
陈伟健：撰写——原始草稿，项目管理，方法学，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。陈定贤：验证，软件，方法学。林胜月：验证，方法学。蔡国军：软件，数据管理。李伟斌：验证，数据管理。邓子燕：可视化，数据管理。谢子航：可视化，数据管理。张敏：可视化。韩冲：撰写——审阅与编辑，监督。李强：撰写——
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（资助编号：32302995）、广东省基础与应用基础研究基金（资助编号：2022A1515110140；2024A1515013176）、广州市基础与应用基础研究课题（资助编号：2025A03J0022）、广东省大学生科技创新培养专项基金（“攀登计划”专项基金）（pdjh2025bc168）和大学生创新创业的支持
