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性发育(puberty)是哺乳动物个体性成熟并获得生殖能力的过程,受到遗传、环境等多种因素的影响。下丘脑-垂体-性腺轴系统控制着人类生殖系统的发育、成熟及功能的维持,对哺乳动物性发育起着决定性的作用,其所分泌的各种激素水平直接影响或控制青春期发育。在正常情况下,人类生长发育到一定时期时,随着下丘脑—垂体—性腺轴(HPGA)的成熟,启动青春期的发育。但其确切的分子机制尚不明确
近年来,很多人利用小鼠对性发育机制进行研究。2004年,PaLmert运用染色体替换(chromosomesubstitutionstrains,CSS)技术来研究雌性小鼠的性发育机制。他们通过雌鼠阴道口开启时间有差异的两个近交系A/J和C57BL/6J(B6)构建染色体替换系,观察发现,当A/J小鼠的6号或13号染色体替换进B6小鼠的基因组后,产生的替换品系雌鼠的阴道口开启时间比B6明显提前,而X染色体的替换没有上述的表型差异。2006年,Thomas等在PaLmert前期研究结果的基础上,在6号染色体替换系小鼠中构建了同类系小鼠,利用连锁分析在6号染色体远端确定了一个与阴道口开启相关的QTL位于D6Mit59至末端的区段内(60-75cM)。2008年,本实验室利用C3H和B6雌鼠性发育启动时间差异较大的小鼠品系开展了性发育启动相关基因的研究,在X染色体上发现了一段与性发育相关的QTL,并将此QTL定位到(DXMit68-rs29053133)2.5cM的区段内。
2004年,Palmert验室结果是:当A/J替换到B6中时对于X染色体的替换系与性发育有关的性状没有差异,说明A/J与B6的等位基因发挥的作用是一致的,2008年,本实验室的结果是:当B6替换到C3H中时与性发育有关的性状是有差异的,有一段与性发育有关的QTL,我们对B6,C3H,A/J单倍型分析,发现A/J,C3H和B6小鼠在X染色体与性发育有关的QTL中的DNA序列。A/J与C3H约有96%的同源性,而与B6有80%的序列不一致,那么如果我们将这段A/J替换进C3H中时,如果X染色体替换系有一段与性发育有关的性状,那么很可能是由于A/J这一小段与C3H不同的序列差异对性发育做出了贡献,而A/J与B6的等位基因又是一致的,所以很可能也是B6的这一区段发挥作用,是否A/J与C3H较小的序列差异对性发育的表型差异做出了贡献?这样就可以把本实验室定位的QTL缩小在这些有序列差异的区段中,大大缩小了之前定的2.5cM的QTL区段,将对我们后续研究与性发育有关基因的筛选有着重大的意义。为了验证我们的推测,构建特异区段替换系:将A/J与C3H小鼠进行了6次回交,将A/J的这段序列替换到C3H的X染色体上,观察替换雌鼠的阴道口开启时间,卵巢形态,生长曲线与亲本C3H是否有差异,以确定两亲本之间的序列差异是否影响这一表型;另外,利用小鼠全基因组扫描芯片观察替换小鼠的背景纯化程度,并通过11个SNP位点进一步对替换区段精确定位,最终确认X染色体rs13483712和rs29038106之间(ChrX:9129480-ChrX:69503547)的区段是A/J替换进C3H的区段,并找出这个区段中A/J与C3H有序列差异的基因,这些基因在这两种品系中的序列差异并没有引起与性发育相关性状的变化,证明A/J与C3H较小的序列差异对性发育的表型差异没有贡献,那么B6对C3H这段序列也是对性发育没有作用的,这样就缩小了本实验室定位的与性发育有关的2.5cM的QTL,从而最终排除了位于本实验室~2.5cMQTL内几段与性发育表型无差异区段a(ChrX:54036185~ChrX:56729270)、b(ChrX:57726106)和c(ChrX:59808608~ChrX:59939230)中的3个与性发育相关的候选基因,它们分别是:Fhl1,Gpr112,Fgf13。
通过本实验,为我们定位有关性发育QTL进一步缩小了相关区段,对后续进行精细定位奠定了基础。同时排除了X染色体(性染色体)存在参与了性发育启动相关通路的候选基因,使我们对小鼠全基因组中与性发育相关的位点有了更全面的了解。这些工作均有助于帮助我们理解性发育的整个生理过程和调控机制。此项研究最终也将为从基因水平解释调控哺乳动物性发育启动的分子机制打下基础。对性发育启动调控机制的研究,有助于揭示性发育整个生理过程的相关调控机制,也有助于我们对个体发育过程以及相关神经内分泌系统的作用机理加深理解。