编辑推荐：
在脊椎动物中，性别决定和分化机制复杂且神秘，斑马鱼作为代表性硬骨鱼，其性别分化机制也未完全明晰。研究人员针对斑马鱼开展 Zglp-1 在性别分化中作用的研究。结果发现 Zglp-1 缺失导致斑马鱼雌性向雄性逆转，它还与 Sf-1 相互作用调节性别分化。这为理解脊椎动物性别的奥秘提供了关键线索。
在奇妙的动物世界里，性别决定和分化就像一场精心编排的神秘舞蹈，对动物的繁衍和进化起着至关重要的作用。在哺乳动物中，Y 染色体上的 SRY 基因如同神奇的指挥棒，精准地引导着雄性发育的方向。然而，硬骨鱼类的性别决定方式却如同变幻莫测的万花筒，遗传和环境因素交织在一起，共同塑造着性别分化的轨迹。斑马鱼，作为硬骨鱼中的代表，它的性别分化过程更是充满了神秘色彩。最初，幼年斑马鱼都拥有卵巢，但随着生长，它们会逐渐分化为两种截然不同的成年性别。在这个过程中，众多基因参与其中，然而，这些基因如何相互协作、共同构建起性别分化的复杂网络，至今仍是一个未解之谜。
为了揭开斑马鱼性别分化的神秘面纱，中国海洋大学海洋生命科学学院、进化与海洋生物多样性教育部重点实验室以及崂山实验室的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于锌指 GATA 样蛋白 - 1（Zglp-1），深入研究其在斑马鱼性别分化中的作用。最终，他们发现 Zglp-1 是斑马鱼性别分化过程中的关键调节因子，它的缺失会导致斑马鱼从雌性转变为雄性，这一发现为理解脊椎动物性别的决定和分化机制打开了新的大门。相关研究成果发表在《Marine Life Science 》上。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。他们利用 CRISPR/Cas9 系统对斑马鱼的 zglp-1 和 sf-1 基因进行编辑，构建突变体。通过转录组测序分析不同发育阶段野生型和突变体斑马鱼的基因表达变化。运用蛋白质免疫共沉淀（Co-IP）技术探究 Zglp-1 与 Sf-1 之间的相互作用。同时，采用实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）检测基因表达水平。
Zglp-1 锌指结构域在脊椎动物中高度保守
研究人员通过序列比对发现，斑马鱼 Zglp-1 蛋白的锌指结构域在不同物种间高度保守。利用 SMART 程序和 PHYRE2 服务器分析发现，人类、小鼠和斑马鱼的 ZGLP-1 蛋白在二级结构和三维结构上都具有相似性。此外，斑马鱼 zglp-1 基因与 fdx2 基因紧密连锁，且在染色体上的位置与人类和小鼠的 ZGLP1 基因相似，这表明 zglp-1 基因在脊椎动物中功能保守。
zglp-1 主要在斑马鱼卵巢中表达
通过实时荧光定量 PCR 技术，研究人员发现 zglp-1 在成年斑马鱼卵巢中表达量最高，在其他组织中也有少量表达。进一步分析其在不同发育阶段的表达情况，发现 zglp-1 在 30dpf（受精后天数）时表达量显著增加，这一时期正是斑马鱼性腺分化的关键阶段。原位杂交实验显示，zglp-1 在卵巢的卵母细胞中表达明显，而在睾丸的精原细胞中表达较弱，说明 zglp-1 在卵巢发育和功能中可能发挥重要作用。
敲除 zglp-1 导致斑马鱼性别从雌性完全转变为雄性
研究人员运用 CRISPR/Cas9 技术构建了 zglp-1 基因敲除的斑马鱼模型。实验结果显示，zglp-1 敲除的纯合突变体斑马鱼全部发育为雄性，且精子具有生育能力。这表明 zglp-1 基因的缺失导致了斑马鱼从雌性向雄性的性别逆转，凸显了 Zglp-1 在维持斑马鱼雌性特征和卵巢发育中的关键作用。
敲除 zglp-1 对 19dpf 斑马鱼 amh 和 cyp19a1a 基因表达无影响
在 19dpf 时，斑马鱼性腺尚未出现明显的形态分化。研究人员对野生型和 zglp-1 敲除斑马鱼的性腺进行转录组测序，发现敲除 zglp-1 后，有 221 个基因上调，355 个基因下调，这些基因主要与生殖和发育信号通路相关。然而，amh 和 cyp19a1a 这两个重要的性别特异性标记基因的表达水平并未发生显著变化，这意味着 zglp-1 可能通过其他途径或在后续发育阶段对性腺分化发挥调节作用。
缺乏 zglp-1 的 35dpf 斑马鱼呈现雄性表达谱
研究人员对 35dpf 的野生型雌性、野生型雄性和 zglp-1 敲除斑马鱼进行转录组测序和比较分析。结果发现，与野生型雌性相比，zglp-1 敲除斑马鱼中与细胞周期、卵母细胞成熟和减数分裂相关的基因表达下调；与野生型雄性相比，zglp-1 敲除斑马鱼中与精子结合和顶体反应调节相关的基因表达下调。聚类分析显示，zglp-1 敲除斑马鱼的基因表达模式更接近野生型雄性，且 35dpf 的 zglp-1 敲除突变体表现出明显的雄性特异性表达模式，即 amh 和 dmrt1 基因表达上调，cyp19a1a 和 foxl2a 基因表达下调。这一系列结果表明，Zglp-1 在斑马鱼性别分化中起着关键的调控作用。
Zglp-1 的锌指结构域抑制 Sf-1 激活 amh 启动子的能力
研究人员构建了具有转录活性的 amh 启动子，并进行双荧光素酶报告基因实验。结果发现，Zglp-1 不能直接调节 amh 转录，但 Sf-1 可以激活 amh 转录。当 Zglp-1 和 Sf-1 共转染到 HEK293T 细胞中时，Sf-1 对 amh 启动子的转录激活作用被抑制。进一步研究发现，Zglp-1 的锌指结构域（Zglp-1-ZnF）能够显著抑制 Sf-1 激活 amh 启动子的能力，而其 N 端区域（Zglp-1-N）则没有此作用，这表明 Zglp-1 的锌指结构域在调节 amh 转录中起着关键作用。
Zglp-1 与 Sf-1 在细胞核中相互作用，主要通过它们的锌指结构域
通过共定位实验和免疫共沉淀实验，研究人员发现 Zglp-1 和 Sf-1 在 HEK293T 细胞的细胞核中共定位且相互作用。进一步研究发现，Zglp-1 的锌指结构域（Zglp-1-ZnF）能直接与 Sf-1 相互作用，而其 N 端区域（Zglp-1-N）则不能。同样，Sf-1 的锌指结构域（Sf-1-ZnF）也能与 Zglp-1-ZnF 相互作用，而其 C 端区域（Sf-1-C）则不能。这表明 Zglp-1 与 Sf-1 之间的相互作用主要通过它们的锌指结构域进行，且这种相互作用可能是抑制 Sf-1 激活 amh 启动子的关键因素。
Sf-1 对斑马鱼性腺发育至关重要
研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术敲除斑马鱼的 sf-1 基因，结果发现，sf-1 杂合突变体的性腺似乎未受明显影响，而 sf-1 纯合突变体的性腺则完全缺失。这一结果表明，Sf-1 在斑马鱼性腺发育中起着不可或缺的作用。同时，研究人员发现，缺乏 zglp-1 基因的斑马鱼仍保留有生育能力的睾丸，这提示 Zglp-1 影响性别分化的机制可能不仅仅是通过与 Sf-1 的相互作用，还可能涉及其他未知途径。
Zglp-1 通过调节性腺细胞的增殖和凋亡来调控性别分化
研究人员比较了野生型和 zglp-1 突变体斑马鱼在 19dpf 和 35dpf 时细胞分裂相关基因的表达水平，发现 zglp-1 突变体中 cdc25 和 cdca9 基因的表达下调，这表明 zglp-1 基因突变可能影响性腺细胞的增殖能力。同时，研究人员还发现，zglp-1 纯合突变体中生殖细胞标记基因 vasa 的表达显著降低，而促凋亡基因 tp53 的表达显著上调。这表明 Zglp-1 可能通过调节性腺细胞的增殖和凋亡来影响斑马鱼的性别分化。
Zglp-1 缺失导致睾丸肥大
对野生型成年雄性和 zglp-1 纯合突变体雄性斑马鱼的性腺进行形态学分析，研究人员发现 zglp-1 纯合突变体的睾丸出现肥大现象，且睾丸结构分散，精子细胞比例减少。此外，研究人员还发现，zglp-1 纯合突变体中参与减数分裂的 sycp3 基因表达增加，这意味着更多细胞在减数分裂过程中出现异常，进一步说明了 Zglp-1 在调节斑马鱼性腺发育和减数分裂中的重要作用。
研究人员通过对斑马鱼的研究，揭示了 Zglp-1 在性别分化中的关键作用。Zglp-1 的缺失会导致斑马鱼从雌性转变为雄性，它通过与 Sf-1 相互作用，抑制 Sf-1 对 amh 启动子的激活，从而影响性别分化。此外，Zglp-1 还可能通过调节性腺细胞的增殖和凋亡来调控性别分化。然而，Zglp-1 调节性别分化的具体机制仍有待进一步深入研究，例如确定 Zglp-1 作为转录因子的其他靶基因，以及寻找除 Sf-1 之外与 Zglp-1 相互作用的蛋白等。这项研究为深入理解脊椎动物性别的决定和分化机制提供了重要线索，也为研究人类生殖系统疾病的发病机制和治疗策略提供了有价值的参考。
