一个微小基因决定重大的发育走向
发表于《科学进展》的一项研究显示，一种编码仅含76个氨基酸肽段的基因，能够决定普通鲤鱼发育成睾丸还是卵巢。该基因名为pangu，位于Y染色体上一段长1,487个碱基对的DNA区域内。关闭该基因后，遗传学上的雄性鲤鱼发育出了卵巢；将该基因导入遗传学上的雌性鲤鱼，则使其发育出睾丸。
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这项发现首次在鲤科鱼类中确立了经实验验证的主性别决定基因。鲤科是一个种类繁多、分布广泛的淡水鱼类科。最有力的证据来自黄河鲤实验，研究人员还在红鲤和锦鲤中进行了进一步的功能测试。但这并不能证明该科所有物种都使用同一个基因。
上海海洋大学胡炜教授与中国科学院水生生物研究所及其他机构的研究人员合作开展了这项研究。相关工作历时十余年。研究人员以中国神话中开天辟地的创世神盘古为该基因命名，以此体现它在启动雄性发育中的作用。
这项发表于《科学进展》的研究题为《螺旋-环-螺旋基因主导普通鲤鱼的雄性发育》，刊于第12卷第41期。期刊元数据显示，论文于2026年10月9日发表；公告则称论文于北京时间10月10日发表。这两个日期对应不同时区，彼此一致。
为何难以找到这个开关
普通鲤鱼采用XX/XY遗传性别决定系统，雌鱼通常携带两条X染色体，雄鱼则携带一条X染色体和一条Y染色体。然而，了解这一染色体组合，并不能确定究竟是哪种基因引导发育中的生殖器官形成睾丸而非卵巢。
在这项研究之前，论文提及的已发表普通鲤鱼基因组均来自XX雌鱼。因此，研究人员缺少包含Y染色体序列的雄性参考基因组。重复DNA序列以及该物种基因组经历过的加倍，也增加了搜寻难度。
普通鲤鱼是异源四倍体：其基因组由两个祖先染色体组A和B组成，这两个染色体组通过杂交汇合。论文推测，这两个祖先谱系约在2,300万年前分化，并于约1,240万年前合并。相似的基因拷贝和DNA区域会使研究人员难以确定哪些序列与雄性特异相关。
这一空白尤为突出，因为鱼类其他类群中早已发现性别决定基因。研究引言列出，约20个科、约140种真骨鱼中，至少存在28种不同的此类基因。Pangu补上了鲤科鱼类研究中的一块拼图，但并未确立适用于所有鱼类的普遍规律。
从101条鱼到Y染色体上的一段小插入序列
研究团队首先组装了黄河鲤雄鱼的基因组，涵盖50条染色体序列，包含16.7亿个DNA碱基。随后，研究人员对50条雄性和50条雌性同胞鱼以及它们的雌性亲本进行了重测序，共比较101条鱼。
通过比较雌雄鱼中DNA片段的分布情况，研究人员最初筛选出428个雄性特异候选片段，并选出其中两个有力候选片段进行进一步验证。一个经确认的片段长847个碱基对，位于B25号染色体末端附近一段更大的插入序列中。
克隆和测序结果证实，这段较大的区域含有1,487个碱基对的雄性特异序列。另一项基于DNA覆盖度的独立分析也指向同一染色体区段。对来自不同地理区域的普通鲤鱼种群进行的测试，支持该序列与雄性相关。
染色体成像提供了另一项验证。针对该序列的探针在XY和YY雄鱼中产生信号，在XX雌鱼中则未产生信号。YY鱼的信号数量是XY鱼的两倍，这与该序列位于Y染色体上的情况相符。这些测试确定了候选序列的位置，但要证明其功能，仍需开展功能实验。
Pangu在睾丸形成前开始活跃
研究团队在Y染色体插入序列中发现了一个基因，其转录本长447个碱基，编码序列长231个碱基。该序列编码含76个氨基酸的Pangu肽。在一个大型蛋白质数据库中进行检索后，研究人员未发现它与此前注释的基因有显著相似性。
Pangu含有螺旋-环-螺旋结构域，这种结构特征可能有助于蛋白质与其他调节基因活性的蛋白质相互作用。分析未发现有力证据表明它具有某些同类蛋白质常见的相邻碱性区域，而该区域通常与直接结合DNA有关。在探讨Pangu如何调控下游靶标时，这一区别很重要。
该基因的活跃时间也符合其引导性别发育的作用。受精后第19天起即可检测到其转录本，而研究报告的可见性别分化始于第35天。其表达量在第64天达到峰值，之后在第92天后下降。
单细胞分析显示，表达最强的是一部分被鉴定为推定支持细胞的细胞。支持细胞与睾丸发育有关，不同于最终产生精子的生殖细胞。组织成像也支持该基因在支持细胞中表达。其他已知调控因子的表达峰值出现得更晚，这与Pangu在发育过程早期发挥作用的推断相符。
敲除和导入该基因改变了发育方向
决定性实验从两个方向检验了这一开关。研究人员利用CRISPR基因编辑技术破坏XY鲤鱼中的pangu。从受精后第35天起，发育中的性腺形成卵巢腔，并沿卵巢发育路径生长，最终形成卵巢，且出现卵子发育迹象。
这种变化不仅体现在组织外观上。雌性分化基因foxl2的活性增强，而雄性分化基因amh和dmrt1的活性减弱。蛋白质测量结果也呈现相同趋势。睾酮和11-酮睾酮水平下降，雌二醇水平上升，整体激素特征类似雌鱼。
另一项实验在YY鲤鱼中保留了一份有功能的pangu基因拷贝。这些鱼仍然正常发育出雄性性腺，支持这样一种结论：在本研究测试条件下，剩余的一份正常拷贝足以维持雄性发育路径。
在反向实验中，研究团队将含有pangu及其周围序列的DNA构建体导入XX鱼。这些遗传学上的雌性鲤鱼发育出了睾丸，并出现精子形成以及雄性特征的基因、蛋白质和激素表达模式。将pangu导入缺少正常工作拷贝的XY突变鱼，也恢复了睾丸发育。
综合来看，这些实验表明，在受测普通鲤鱼中，pangu对雄性性别决定既是必需的，也是充分的：去除其功能会使发育转向卵巢，而导入该基因则能够使发育转向睾丸。鱼的染色体并未从XX变成XY或反过来；改变的是发育结果。
抑制卵巢发育路径有助于解释其作用
研究指出，cyp19a1a是Pangu的一个早期下游靶标。该基因编码卵巢芳香化酶，这种酶参与雌激素的生成。其活性有助于支持卵巢分化，因此它可能是早期雄性决定信号改变发育方向的一条途径。
受精后第19天，研究人员已经观察到cyp19a1a活性的差异。在pangu被破坏的XY鱼中，该基因表达上升；在导入pangu的XX鱼中，其表达下降。其他几种与性别分化有关的基因未出现类似的早期变化。
在使用人类实验室细胞和源自锦鲤鱼鳍的细胞系开展的实验中，Pangu降低了cyp19a1a两份拷贝调控区的活性。缺少完整螺旋-环-螺旋结构域的突变Pangu失去了这一能力，说明该肽的结构与其调控作用有关。
最有力的测试是在鱼体内完成的。研究人员在pangu突变的XY鱼中破坏cyp19a1a后，即使缺失了拟议中的雄性开关，睾丸发育仍得以恢复。这种遗传学救援实验将cyp19a1a定位在pangu的下游：阻断卵巢发育路径，可以绕过上游信号缺失的影响。证据支持这样一种机制：Pangu至少部分通过抑制cyp19a1a来促进雄性发育，但目前还未厘清其中涉及的全部分子步骤。
这一发现能否适用于黄河鲤以外的鱼类？
研究人员在普通鲤鱼两个主要亚种的代表性群体雄鱼中检测到了pangu。这些鱼包括东亚类群的黄河鲤、红鲤和锦鲤，以及欧洲类群的德国镜鲤。研究人员还在同属另一物种长身鲤（Cyprinus acutidorsalis）中发现了雄性特异序列。
研究人员对红鲤和锦鲤进行了进一步功能测试。敲除或导入pangu分别导致相反方向的性别逆转，与黄河鲤实验结果相符。与单纯检测到DNA序列相比，这些实验为该基因具有共同功能提供了更有力的证据。
这一差别限制了研究结果的适用范围。论文称，在鲤属中存在保守的雄性开关，但详细的双向性别逆转实验仅涉及黄河鲤、红鲤和锦鲤。在德国镜鲤和长身鲤中检测到该基因，拓展了遗传学证据，但并不等于对这些鱼进行了同样的功能测试。
同样，Pangu是鲤科中首个经验证的主性别决定基因，并不意味着它决定整个鲤科鱼类的性别。这一发现为后续研究提供了起点，以检验哪些近缘鱼类拥有同一开关，哪些则采用不同机制。
2009年的标记是早期线索，并非主控基因的证据
2009年发表于《分子与细胞探针》的一项标记研究已经发现普通鲤鱼中的一个雄性特异DNA片段。研究人员筛查了220种随机引物，发现引物S2107会在雄鱼中扩增出一个长909个碱基对的片段。
研究人员在来自三个普通鲤鱼品系的30条鱼中观察到了这一模式。进一步的扩增和杂交测试支持该片段与雄性相关。该片段与斑马鱼中的一个重复序列相似度较低，在草鱼中则未检测到杂交信号。
那项研究提出，可将该序列用作识别黄河鲤遗传性别的工具。不过，标记序列即使不导致雄性发育，也可能与性染色体一同遗传。新研究更进一步，找到了一个具有表达活性的基因，并证明敲除或导入其功能会改变性腺发育。现有证据并未证明909个碱基对的标记与新界定的1,487个碱基对区域是同一序列。
这些研究里程碑相隔多年，而出版日期则是同一项研究在不同时区的发布记录：
- 2009年10月：早期研究报告发现一个与普通鲤鱼雄性相关、长909个碱基对的DNA标记。
- 2026年10月9日：《科学进展》将pangu研究列入第12卷第41期。
- 2026年10月10日，北京时间：公告将新发现的发表日期记为这一天。
- 2026年10月11日：一则公开报道介绍了这一发现及历时十余年的研究。
仍待解答的问题
关于Pangu在发育中作用的证据，比对其确切分子作用方式的解释更为充分。研究显示，Pangu会抑制cyp19a1a活性，遗传学救援实验也将这两个基因联系起来。但研究尚未确定Pangu是否直接结合相关调控DNA，或是通过其他蛋白质发挥作用。
作者还提出了一个关于pangu表达细胞的问题。其表达水平低且范围有限，可能反映该基因只在发育中的支持细胞谱系里一个稀少或短暂存在的细胞群中活跃。确定这些细胞是否属于早期祖细胞状态，有助于解释一个微小的起始信号如何促成睾丸形成。
上海海洋大学博士后研究员陈匡新和中国科学院水生生物研究所副研究员陈冀为共同第一作者。共同通讯作者为胡炜、朱作言、浙江万里学院葛楚天以及渥太华大学Vance L. Trudeau。中国科学院院士何顺平及其他专家提供了指导和帮助。
研究人员尚未公布下一步实验的时间安排。染色体定位、早期表达和双向功能测试已经为核心结论提供了支持。后续研究将聚焦Pangu如何发挥作用，以及这一机制在受测鲤鱼类群之外的适用范围有多广。
要点
- Pangu是鲤科中首个经实验验证的主性别决定基因。
- 该基因编码一种含76个氨基酸的肽，位于普通鲤鱼Y染色体上一段长1,487个碱基对的区域内。
- 破坏pangu会使XY鲤鱼发育出卵巢；将其导入XX鲤鱼则会使其发育出睾丸。
- 破坏卵巢发育路径基因cyp19a1a，可使pangu突变鱼恢复睾丸发育。
- 红鲤和锦鲤的功能测试支持该基因具有共同作用，但研究结果并未证明整个鲤科都采用同一机制。
- Pangu抑制cyp19a1a的确切分子途径仍未厘清。
