鱼类的性别决定与分化是由一系列相关的事件构成的复杂的生物过程,雌性和雄性个体在遗传物质和生活环境的共同作用下,各自向相反的性别发育。尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)是世界性养殖鱼类,中国是罗非鱼第一大养殖和出口国,其雄鱼比雌鱼生长快。研究其性别决定和性别维持的分子机制,可以为生产全雄罗非鱼提供理论依据,对于水产养殖业的良性发展具有重要意义。目前,对鱼类性别决定与性别维持的研究主要集中在单基因功能的研究。转录组学的出现,有助于我们从整体水平上研究性腺基因转录和表达的情况。本研究应用Illumina HiseqTM技术对尼罗罗非鱼性腺发育的关键时期(孵化后5、30、90和180天)进行高通量转录组测序。孵化后5天是其性别决定与分化的关键时期；孵化后30天是性腺形态分化及雌性减数分裂起始时期；孵化后90天是雄性减数分裂起始的重要时期；孵化后180天是雄性精子发生及雌性卵黄发生的重要时期。将测序所得转录组数据与基因组进行比对,结果表明在雌雄性腺总共表达了21334个基因,其中有21006个基因在雌、雄性腺中均有表达,有259个基因特异表达于雄性性腺,而仅有69个基因特异表达于雌性性腺。这四个时期雄性性腺表达的总体基因数目均比雌性性腺表达的多。以不同性别间的表达量倍率≥2且假阳性错误发生率(FDR)≤0.01的标准筛选雌、雄高表达基因,将5dah及30、90和180dah这三个时期中任意两个时期是雌性或雄性上调的基因定义为尼罗罗非鱼性腺发育过程的雌、雄高表达基因,最终筛选出187个雌性高表达的基因和1358个雄性高表达基因。以在四个时期不同性别间的表达量倍率<2且FDR>0.01的标准筛选雌、雄高表达基因2978个雌雄无差异共表达基因。转录组测序结果表明,在孵化后5天和30天,绝大部分的类固醇合成酶基因(包括cyp19ala和cyp19alb,编码雌激素合成关键酶——芳香化酶)在雌性性腺中有较高表达,而在雄性性腺中表达量极低,孵化后5天尤为显著,甚至有的基因没有表达。孵化后90天,几乎所有的类固醇合成酶基因(包括cyp1162,编码雄激素合成关键酶——11β-羟化酶)在雄性性腺中的表达量均显著上升。孵化后180天,绝大多数的类固醇合成酶基因在雄性性腺总的表达量进一步升高而在雌性性腺中基本维持不变。该结果反映了在尼罗罗非鱼性别决定的关键时期(孵化后5天),在雌性性腺中已有雌激素合成,而此时雄性性腺中缺乏雌、雄激素的合成。对雌雄激素受体的研究发现,在孵化后5天时,雌性性腺中表达了所有的雌激素受体(esr1、esr2a和esr2b)和雄激素受体(arl和ar2),而在雄性性腺中只有两个雌激素受体(esr2a和esr2b)表达,这一发现很好的解释了外源雌、雄激素能够在罗非鱼性腺分化早期诱导其性逆转的原因。cyp19a1a和cyp19a1b在本研究所检测的四个发育时期的性腺中均表现为雌性高表达的模式,这也支持了雌激素对于雌性性别决定与性腺维持具有重要作用的结论。叉头框(forkhead box, Fox)基因家族成员参与调控生物体多个过程,包括胚胎发育、细胞生长、增殖、分化及衰老、糖类与脂质代谢、免疫相关的基因表达。迄今为止,科学家们已经从酵母到人类的真核生物发现了100多个Fox成员,并根据成员之间保守结构域的氨基酸序列的相似性将它们分为19个亚家族(亚家族A到S)。目前在真菌中只鉴定出4个Fox成员,而在哺乳动物基因组中已鉴定出45个Fox基因,这一现象意味着Fox家族在动物进化过程中发生了极为复杂的扩张。因此,本研究全面分析了Fox家族在动物界的系统演化关系,以期了解其扩增与进化的主要机制。我们从尼罗罗非鱼的基因组和转录组序列中分离到67个Fox成员,隶属于18个家族,发现Foxm1在尼罗罗非鱼基因组发生特有的复制,形成5个拷贝。进一步分析表明,真骨鱼类拥有68个Fox家族成员,所有真骨鱼类均缺少脊椎动物其他类群所具有的Foxs1和Foxc2。从系统演化的角度揭示真骨鱼类中68个Fox成员是由三次基因组复制(3R)所产生的。本研究还从转录组学角度研究了Fox家族成员在尼罗罗非鱼雌、雄性腺的表达模式,结果表明52个Fox成员在性腺中表达,且大多数的Fox成员表现出明显的性别二态性。本研究建立了迄今为止尼罗罗非鱼中最大的性腺转录组数据库,转录组数据进一步证明雌激素对罗非鱼的性别决定和维持有重要作用。比较筛选出的雌、雄高表达基因及共表达基因构成的数据库,为全面了解性别决定调控网络提供海量的数据支持,为阐明罗非鱼乃至真骨鱼类的性别决定及性腺维持的分子机制奠定了基础。本研究还全面地分析鉴定了尼罗罗非鱼及其他动物类群的Fox家族成员,分析其系统进化关系,对其进行转录组表达谱分析,发现尼罗罗非鱼绝大多数fox基因在性腺差异表达,表明Fox家族成员对鱼类的性别决定、分化及性腺维持可能起重要作用。