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【编辑推荐】为揭示卵生哺乳动物（单孔类）性别决定机制，研究人员聚焦 Y 染色体抗苗勒管激素基因（AMHY），通过分析 AMHX/AMHY 配子同源基因进化及胚胎性腺分化期表达，发现 AMHY 在雄性性腺特异性表达，支持其为性别决定主基因，为理解性染色体起源提供新视角。
在生命演化的长河中，哺乳动物的性别决定机制一直是生物学领域的核心谜题之一。作为现存最原始的哺乳动物类群，卵生单孔类（包括鸭嘴兽和针鼹）的性别决定系统与胎生哺乳动物（有袋类和真兽类）截然不同 —— 它们拥有多对性染色体（如鸭嘴兽为 5 对 XY 染色体，针鼹为 5X4Y），且缺乏主导胎生动物性别决定的 SRY 基因。长期以来，单孔类如何通过独特的遗传机制决定性别，以及其性染色体系统如何独立进化，一直困扰着科学家。解开这些谜团不仅能填补哺乳动物性别决定机制的演化空白，更能为理解脊椎动物性染色体的趋同进化提供关键线索。
为攻克这一科学难题，澳大利亚阿德莱德大学（University of Adelaide）、墨尔本大学（University of Melbourne）与中国深圳华大基因等机构的研究团队展开合作，针对单孔类性染色体上的关键基因展开深入研究。相关成果发表在《Genome Biology》，为揭示单孔类性别决定的分子机制提供了突破性见解。
研究团队采用了多学科交叉的技术策略：首先通过基因组比对分析单孔类 AMH 基因（抗苗勒管激素基因，属于 TGF-β 超家族）的配子同源基因（AMHX 和 AMHY）序列差异，利用 Ka/Ks 比率计算、启动子区转录因子结合位点预测等方法解析其进化压力；其次通过原位杂交（in situ hybridization）技术，首次在针鼹胚胎性腺发育的关键阶段（从胚胎期到育儿袋幼体期）追踪 AMHX/AMHY 的时空表达模式；最后利用鸡胚异源表达系统，通过逆转录病毒载体（RCASBP）过表达鸭嘴兽 AMHX/AMHY，观察其对性腺分化的影响。研究中使用的针鼹胚胎及幼体样本来自澳大利亚 Currumbin 野生动物保护区的珍稀繁殖群体，确保了发育阶段的精准性和样本的稀缺性。
一、AMHX/AMHY 的进化分歧与性染色体起源
通过比较鸭嘴兽和针鼹的 AMHX（位于 X 染色体）与 AMHY（位于 Y 染色体）基因，研究发现两者在启动子区、内含子及编码序列上存在显著差异（DNA 序列同源性仅 62%），且 AMHY 所在的 Y 染色体区域发生了染色体倒位事件，导致其侧翼基因（如 STK11、PIAS4）的共线性丧失。这种倒位可能是单孔类祖先性染色体分化的早期事件，通过抑制同源重组形成 “进化层”（evolutionary strata）。值得注意的是，AMHY 内含子中 LINE L2 和 SINE 转座子的大量插入（重复序列覆盖率达 71.4%），可能通过影响转录效率赋予其雄性特异性表达特征。尽管序列分歧显著，AMHX/AMHY 的 TGF-β 结构域（负责结合 AMH 受体 AMHR2）仍高度保守，仅存在两个氨基酸差异，但两者的蛋白酶切割位点（AMHX 为 RAQR，AMHY 为 RVQR）可能影响活性肽段的生成。
二、AMHY 在雄性性腺分化中的特异性表达
原位杂交结果显示，在针鼹胚胎发育的第 6 天（最早可检测到性腺的阶段）至育儿袋幼体第 9 天，AMHY 仅在雄性性腺的双向潜能性腺（bipotential gonad）中表达，且与雄性标记基因 DMRT1、SOX9 共定位於支持细胞（Sertoli cells）。相比之下，AMHX 在雌雄两性性腺中均有表达，类似於胎生哺乳动物中 AMH 的表达模式。值得注意的是，单孔类 DMRT1 的表达呈现雄性偏向性，而 SOX9 在雌雄性腺中均持续表达，这与胎生动物中 SOX9 仅在雄性激活的模式截然不同，提示单孔类性别决定通路可能独立演化出独特的调控网络。RT-PCR 分析进一步显示，AMHY 启动子区存在 DMRT1、GATA1 等转录因子的结合位点，而 AMHX 启动子保留了与胎生动物相似的 SOX9、SF-1 结合元件，暗示两者的表达调控机制已发生性别特异性分化。
三、鸡胚模型揭示 AMH 功能的演化限制
为验证 AMHX/AMHY 的生物学功能，研究团队将鸭嘴兽 AMHX/AMHY 在鸡胚中过表达（同时引入鸡特异性切割位点），却未观察到类似鸡 AMH 诱导的雌性生殖系统雄性化表型。结构建模显示，单孔类 AMH 与鸡 AMHR2 的结合界面存在关键氨基酸差异（如人类 AMH 中参与受体结合的保守残基在单孔类中发生替换），可能阻碍了跨物种的信号传导。这一结果表明，哺乳动物 AMH/AMHR2 系统在演化过程中经历了特异性适配，导致其无法在鸟类模型中发挥功能，凸显了单孔类与其他脊椎动物在性别决定分子机制上的深度分化。
研究结论与科学意义
本研究首次通过多组学证据证实，AMHY 作为单孔类 Y 染色体特异性基因，通过启动子区调控元件重塑、转座子插入驱动的表达模式改变，以及保守功能结构域的保留，成为性别决定的主基因。这一发现不仅填补了单孔类性别决定机制的认知空白，更揭示了 AMH 基因在脊椎动物中的趋同进化现象 —— 在鱼类、蜥蜴和单孔类中独立演化出性别决定功能，成为首个哺乳动物中由分泌型生长因子（soluble growth factor）主导性别决定的案例。此外，单孔类性染色体与鸟类 Z 染色体的同源性线索，为理解哺乳动物性染色体的起源提供了 “活化石” 般的证据，挑战了传统的 SRY 中心演化理论。该研究为深入探索性别决定基因的可塑性、性染色体的动态演化，以及跨物种生殖调控机制奠定了重要基础，也为濒危单孔类物种的保护遗传学研究提供了新的理论依据。
