硬骨鱼类是脊椎动物中种类最丰富的类群，也是性别决定机制最多样的类群。目前已鉴定性别决定基因（Sex Determining Genes, SDG）的150多种鱼类中，约50%的物种反复招募抗缪勒氏管激素（Anti-Müllerian Hormone）基因amhy及其II型受体基因amhr2y作为SDG——这一比例远高于其他基因，表明Amh信号在鱼类性别决定中具有独特的进化优势。然而，尽管amhy/amhr2y作为SDG已在多种鱼类中被发现，其信号转导过程中的I型受体和R-Smad因子一直未被鉴定，不同物种是否采用相同的保守因子也不得而知。
2026年2月9日，由西部（重庆）科学城种质创制大科学中心王德寿团队发表于Molecular Biology and Evolution的一项研究，首次系统揭示了Amhy/Amhr2y介导的性别决定通路中保守的信号转导分子，为理解鱼类性别决定的分子机制和进化保守性提供了重要见解。
一、体外筛选锁定Amh信号通路的特异性组合
为解析Amhy信号的级联反应，研究团队采用UAS-Gal4-Smad-AD报告系统，在青鳉SG3细胞和HEK293T细胞中对尼罗罗非鱼的5个I型受体（Alk2a、Alk2b、Alk3、Alk6a、Alk6b）和3个R-Smad（Smad1、Smad5、Smad8）进行全面筛选。实验结果呈现出高度特异性的配对模式：Alk3与Smad5的组合在两种细胞系中均显著增强Amhy信号传导，荧光素酶活性较对照组提升数倍。这一结果首次明确了Amhy信号通路在鱼类中的特异性I型受体-R-Smad配对偏好。
二、性别决定窗口期的关键事件：磷酸化而非表达量差异
为探究Alk3和Smad5在体内的表达模式，研究团队对性别决定关键期（8-15 dpf）的尼罗罗非鱼性腺进行了系统分析。一系列实验数据表明，Alk3和Smad5的mRNA水平和蛋白水平在XX和XY个体间无显著差异。然而，XY鱼性腺中的磷酸化Smad5（p-Smad5）显著高于XX鱼性腺。这一发现表明，Amhy信号主要通过Smad5的差异磷酸化决定性别（图1）。
图1 尼罗罗非鱼alk3/Alk3和smad5/Smad5的表达模式
三、基因编辑证实Alk3和Smad5的必要性
研究团队利用CRISPR/Cas9技术，在尼罗罗非鱼中分别靶向alk3和smad5进行突变。结果令人振奋：alk3突变的XY个体中，部分高突变率个体（性腺编辑效率>70%）发生雄性向雌性的性反转，性腺发育为卵巢。同样，smad5突变的XY个体中，部分个体（性腺编辑效率>63.5%）也发生性反转。这些结果明确表明，alk3或smad5的缺失可诱导尼罗罗非鱼XY个体发生雄性向雌性性反转（图2）。
图2 尼罗罗非鱼alk3和smad5的突变导致由雄向雌的性逆转
四、其他I型受体和R-Smad的功能验证
为探究其他I型受体和R-Smad是否参与Amhy/Amhr2信号传导，研究团队分别构建了alk2a、alk2b、alk6a、alk6b、smad1、smad8的纯合突变品系。值得注意的是，这些基因的XY纯合突变个体均发育为正常雄性，未发生性反转。这表明，在尼罗罗非鱼的Amhy/Amhr2性别决定通路中，Alk3和Smad5是特异且必需的信号转导分子，其他I型受体和R-Smad成员不参与该通路的信号传导，也不具备功能代偿能力。
图3 尼罗罗非鱼其他I型受体和R-Smad的突变体未发生性逆转
五、跨物种验证揭示进化保守性
为验证Alk3和Smad5的功能保守性，研究团队在南方鲇（性别决定基因为amhr2y）中进行了平行实验。南方鲇基因组中含有alk3a和alk3b两个拷贝，以及smad5基因。结果呈现出高度的基因特异性：部分alk3a突变的XY南方鲇发生雄性向雌性性反转，性腺发育出卵巢；而所有alk3b突变的XY个体均发育为正常雄性；同样，部分smad5突变XY南方鲇也发生性反转（图4）。这一结果有力支持了Alk3和Smad5在Amh/Amhr2介导的雄性性别决定通路中具有跨物种的功能保守性。值得注意的是，尽管南方鲇存在两个alk3拷贝，但仅alk3a参与性别决定信号传导，alk3b无功能补偿作用，进一步印证了I型受体的功能特化。
图4 南方鲇alk3a和smad5的突变导致XY个体发生由雄向雌的性逆转
该研究揭示，尽管硬骨鱼类经历全基因组复制导致I型受体基因扩增，但在Amhy性别决定信号通路中，这些受体功能高度特化而非冗余（图5）。同样，Smad5作为特异性R-Smad，Smad1和Smad8无补偿功能。这种差异可能源于鱼类性别决定需在短时间内建立二态性发育轨迹，对信号通路的特异性要求更高。
图5 硬骨鱼类Amhy/Amhr2y性别决定信号转导通路
研究亮点
1.首次系统鉴定出鱼类Amhy/Amhr2性别决定通路的核心信号转导模块——Alk3-Smad5轴。
2.发现性别决定关键期Smad5的磷酸化差异而非表达水平决定雄性性别。
3.在两种远缘鱼类中验证了Alk3-Smad5信号轴的功能保守性。
西部（重庆）科学城种质创制大科学中心罗非鱼创制团队博士研究生周力为论文第一作者，团队柳兴永副教授和王德寿教授为本文的共同通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msag038