罗氏沼虾性别相关基因研究进展及其单

性化养殖现状

姜建萍袁翔邱庆庆黄光华蒋钦杨杨秀荣蒋和生

Summary：罗氏沼虾（Macrobrachiumrosenbergii）具有生长快、养殖周期短、

营养价值高等优点，是我国主要的淡水虾养殖品种，在生长性能方面表现出性

别两态性：同龄雌、雄虾个体的大小、生长速度相差悬殊，导致大规模生产罗

氏沼虾受到限制，因此迫切需要采用性别控制技术开展罗氏沼虾单性化育苗，

培育全雌/全雄罗氏沼虾以提高养殖产量，而实现罗氏沼虾单性化养殖的前提必

须明确性别分化和性别决定的分子机制及其关键基因。文章就罗氏沼虾性别相

关基因的研究进展及其单性化养殖发展现状进行综述，认为全雄/全雌罗氏沼虾

育种的关键技术是伪雌或超雌虾制备。鉴于罗非鱼三系[原系（XX♀）、雄性纯

合系（YY♂）和雄性纯合转化系（YY♀）]配套方案的启发，今后可对罗氏沼虾

遗传型WW超雌个体进行性逆转，获得伪雄个体（遗传型WW，生理型ZZ），经

回交所得后代用于构建超雌虾种质库，即通过性别分化和性别决定机制解析及

超雌种质库构建，研发自主的单性化罗氏沼虾制种技术，培育全雄/全雌罗氏沼

虾将成为可能。

Key：罗氏沼虾;性别控制;性别相关基因;单性化养殖

：S966.12文献标志码：A：2095-1191（2019）09-

2111-08

Abstract：Giantfreshwaterprawn（Macrobrachiumrosenbergii）asan

importantfreshwaterprawnhasbecomeoneoftheleadingvarietiesof

freshwateraquacultureinChinaduetoitsquickergrowthrate，

shorterbreedingcycleandhighernutrition.Themaleandfemale

individualsexhibitsexualdimorphismintermsofgrowth

performance：thesizeandgrowthrateofthesameagewasdifferent，

whichlimitedtheboostproductionofM.rosenbergii.Thus，itwas

urgenttoadoptsexmanipulationtocarryoutmonosexculture，and

tocultivateall-femaleandall-maleprawnstoincreasethe

aquacultureyield.Theprerequisiteofthemonosexculturewas

understandingthemolecularmechanismandkeygenesofsex

differentiationandsexdetermination.Hence，inthispaper，the

researchprogressofsex-relatedgenesandresearchstatusofmonosex

cultureathomeandabroadweresummarized，anditwasconsidered

thattheessentialforall-femaleandall-malebreedingwasthe

preparationofneo-femaleandsuperfemale.Inspiredbythethree-

linematchingschemeoftilapia[original（XX♀），male

homozygous（YY♂）andmalehomozygoustransformation（YY♀）]，the

geneticreversalWWsuper-femaleindividualsinthefuturecouldbe

sex-reversed，andneo-maleindividuals（genotypeWW，physiologic

typeZZ）wereobtained.Afterbackcrossing，theywereusedto

constructsuperfemalebreedinggermplasmbank.Notably，itispo-

ssibletodevelopindependentparthenogenesistechniquesofM.

rosenbergii，andtocultivateall-femaleandall-maleprawnsthrough

theanalysisofthemolecularmechanismofsexdifferentiationand

sexdetermination.

Keywords：Macrobrachiumrosenbergii;sexcontrol;sexrelatedgene;

monosexculture

0引言

羅氏沼虾（Macrobrachiumrosenbergii）属大型淡水虾类，具有生长快、养殖

周期短、营养价值高等优点，是我国主要的淡水虾养殖品种。我国于1976年引

进罗氏沼虾，至1990年得到快速推广。近年来，随着市场需求的日益增长和人

工繁育苗种技术的进步，我国罗氏沼虾养殖呈现方兴未艾之势。据统计，2016

年我国罗氏沼虾养殖产量达13.2万t，较2015年增长了2.49%（农业部渔业渔

政管理局，2017），其产量已超过全球罗氏沼虾养殖产量（约23.0万t）的

1/2。与其他甲壳类动物一样，罗氏沼虾也表现出性别两态性：同龄雌、雄虾个

体的大小、生长速度相差悬殊，即在同等养殖条件下，雌虾生长速度较雄虾慢

50%～70%，性成熟后的雄虾个体平均体重约是雌虾的2倍（俞炎琴，2013）。

这是由于我国传统的罗氏沼虾养殖模式均为雌雄混养，在养殖过程中部分虾性

成熟早，并进行交配繁殖而消耗大量能量，进而影响其生长速度和群体均匀度。

为改善这一现状，部分养殖户通过人工挑选留大剔小、雌雄分开等方法以提高

罗氏沼虾产量，但此法劳动强度大、成本高，且雌雄幼虾区分不明显，导致大

规模生产罗氏沼虾受到限制。因此，迫切需要采用性别控制技术开展罗氏沼虾

单性化育苗，培育全雌/全雄罗氏沼虾以提高养殖产量，而实现罗氏沼虾单性化

养殖的前提必须明确性别分化和性别决定的分子机制及其关键基因。本文就罗

氏沼虾性别相关基因的研究进展及其单性化养殖发展现状进行综述，以期为研

发罗氏沼虾性别控制技术提供参考，进而有效指导罗氏沼虾单性化养殖。

1罗氏沼虾性别决定及性别分化

甲壳类动物性别决定类型有遗传决定型、环境决定型及遗传与环境共同决定型

（楼允东等，2004;周梦颖，2014）。目前，虽然无直接证据证实罗氏沼虾存在

性染色体，但前人的相关研究结果显示，通过移植促雄性腺（Androgenic

gland，AG）获得的伪雄罗氏沼虾与正常雌性个体杂交F1 代雌雄比例约3∶1，

而F1 代雌性个体与伪雄罗氏沼虾回交的F2 代中雌雄比例为

6.63∶1（Malecha，2012）;此外，通过摘除促雄性腺获得的伪雌罗氏沼虾与正

常雄性个体杂交，获得的F1 代性别全为雄性（Aflaloetal.，2006;Rungsin

etal.，2006）。因此，根据性逆转及杂交试验的性别比可推测罗氏沼虾属于

WZ/ZZ 染色体性别决定类型，且表现为雌异（WZ）雄同（ZZ）（Lécheret

al.，1995;Benzieetal.，2001;Aflaloetal.，2006;Staelenset

al.，2008）。

值得注意的是，甲壳类动物特有的内分泌腺——促雄性腺在雄性甲壳类动物的

性别分化、精子发生及雄性第二性征维持中发挥重要作用。尤其对于性别已分

化的罗氏沼虾个体来说，通过人为摘除或植入促雄性腺可使其性别发生逆转，

从而改变生理性别，因此其分泌的促雄性腺激素（Androgenicgland

hormone，AGH）不仅是性别决定因素，还是雄性性别分化的调控因子（楼允东

等，2004）。此外，甲壳类动物特殊的进化地位导致其性别分化过程极易受外

界环境因素如温度、盐度、pH、食物丰度、光照和水质，以及环境内分泌干扰

物（壬基酚）等的影响（吴楠等，2007;朱春华等，2011;周梦颖，2014;戴习林

等，2016）。关于罗氏沼虾性别分化的时间，朱春华等（2011）通过外部形态

观察结合性腺组织学切片的方法，确定了罗氏沼虾性别分化和性成熟的时间，

具体表现为外部形态特征的出现稍早于内部性征分化时间，且早期分化和性成

熟分别发生在幼虾变态后21 和45d。

2罗氏沼虾性别相关候选基因及分子标记

性别控制技术开发是实现罗氏沼虾单性化养殖的基础，而性别控制技术的重点

在于挖掘和鉴定性别分化与性别决定的关键基因。近年来，随着分子生物技术

的快速发展，已有学者通过cDNA 文库构建和转录组测序等方法筛选获得罗氏沼

虾性别相关基因（Caoetal.，2006，2007;Jinetal.，2013;Maet

al.，2019）;同時，借助AFLP（Amplifiedfragmentlengthpolymorphism）

技术鉴定出罗氏沼虾性别特异性分子标记（Venturaetal.，2011;Jiangand

Qiu，2013），为实现单性化养殖提供了重要理论依据。

2.1性别相关基因

2.1.1Mr-IAG 基因甲壳类雄性动物特异的促雄性腺最先在软甲亚纲雄兰蟹

中发现，作为特有的内分泌器官，其分泌的促雄性腺激素在促进雄性性别分化

过程中发挥重要作用（Sagietal.，1997）。近年来，促雄性腺特异性基因

（Insulin-likeandrogenicgland，IAG）相继被发现（Lugoet

al.，2006;Manoretal.，2007;Shechteretal.，2008;Rosenet

al.，2010）。Ventura 等（2009）通过构建罗氏沼虾促雄性腺cDNA 消减文库鉴

定出Mr-IAG 基因，经测序比对分析，发现成熟Mr-IAG 肽段的半胱氨酸骨架结

构与其他甲壳类动物IAG 具有高度的同源性;此外，注射Mr-IAG 双链RNA 会暂

时抑制雄性第二性征的重塑和雄性附肢再生，并伴随蜕皮延后和生长参数下降

现象;而沉默Mr-IAG 基因表达会引起精子发生阻滞和促雄性腺的肥大增生。鉴

于Mr-IAG 基因能引起雄性性别分化的逆转，目前已在小龙虾（Curtisand

Jones，1995;ParnesandSagi，2002）、青蟹（Tri oetal. n ，1999）和斑

节对虾（Gopaletal.，2010）等甲壳类动物中开展了一系列针对IAG 基因的

性别控制研究。

2.1.2Mr-IR 基因胰岛素受体（Insulinreceptor，IR）属于酪氨酸激酶受

体超家族，作为胰岛素家族信号通路中的重要蛋白，在调节胞内和胞间环境的

稳态过程中发挥重要作用（Fafaliosetal.，2011）。已有研究表明，胰岛素

信号通路在性别发育过程中起主导作用（Nefetal.，2003）。Sharabi 等

（2016）基于多资源信息构建转录本文库鉴定出与脊椎动物IR 基因具有较高同

源性的Mr-IR 基因，并成功克隆获得该基因的cDNA 序列，生物信息学分析结果

显示其编码1508 个氨基酸，包含2 个保守跨膜结构域（Transmembrane

domain，TM）、2 个配体结合结构域、3 个纤维蛋白连接素-3 结构域及1 个酪氨

酸激酶结构域。Mr-IR 基因在罗氏沼虾成虾的各组织中呈广泛表达模式，但与

IR 基因在脊椎动物中的表达模式存在差异，如在肌肉组织中不表达（Chenet

al.，1996;Steeleetal.，1996）。Sharabi 等（2016）研究表明，Mr-IR 基

因沉默并不影响罗氏沼虾的生长，但显著影响促雄性腺的增生，促进Mr-IAG 基

因表达上调和输精管远端未成熟精细胞数量大幅增加;配体斑点试验结果进一步

证实，Mr-IR 基因与Mr-IAG 基因确实存在配体—受体互作现象。可见，Mr-IR

基因主要通过作用于促雄性腺而调控甲壳类动物性别分化。

2.1.3Mar-Mrr 和MRPINK 基因Cao 等（2006，2007）以罗氏沼虾性腺组织为

材料，构建雌性和雄性特异的抑制性消减杂交文库，再通过差异基因表达筛选