微小基因掌控重要的發育抉擇
根據發表於《Science Advances》的研究，一個編碼僅長 76 個胺基酸的胜肽基因，能決定普通鯉發育成睪丸或卵巢。這個名為 pangu 的基因，位於 Y 染色體上一段長 1,487 個鹼基對的 DNA 序列中。停用此基因會使基因型為雄性的鯉魚發育出卵巢；將此基因導入基因型為雌性的鯉魚，則會使牠們發育出睪丸。
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這項發現確立了鯉科魚類中首個經實驗驗證的主控性別決定基因。鯉科是種類繁多、分布廣泛的淡水魚科。最有力的證據來自黃河鯉實驗，研究團隊也在紅鯉和錦鯉進行了進一步功能測試。這並不能證明鯉科所有物種都使用同一個基因。
上海海洋大學胡衛教授與中國科學院水生生物研究所及其他機構合作主導這項研究。研究歷時十多年。研究人員以中國神話中開天闢地的太初創世者「盤古」為基因命名，象徵這個基因在啟動雄性發育中的作用。
這篇刊於《Science Advances》的研究題為〈螺旋－環－螺旋基因主導普通鯉的雄性命運〉，刊載於第 12 卷第 41 期。期刊資料列出的出版日期為 2026 年 10 月 9 日，公告則稱論文於北京時間 10 月 10 日發表。兩個日期應是時區差異所致。
為何難以找到這個開關
普通鯉採用 XX/XY 遺傳性別決定系統，雌魚通常帶有兩條 X 染色體，雄魚則帶有一條 X 和一條 Y。然而，即使知道這種染色體組成，也無法確認是哪個基因引導發育中的生殖器官形成睪丸，而非卵巢。
在這項研究之前，論文提及已發表的普通鯉基因組都來自 XX 雌魚。因此，研究人員缺少含有 Y 染色體序列的雄魚參考基因組，可供檢視。重複 DNA 序列以及此物種的基因組加倍，也讓搜尋更加困難。
普通鯉是異源四倍體：其基因組由兩套祖先染色體組合而成，分別稱為 A 和 B，兩者透過雜交結合。論文指出，這兩個祖先譜系約在 2,300 萬年前分化，並於約 1,240 萬年前合併。基因和 DNA 區域的相似拷貝，可能使研究人員難以找出與雄性特有相關的序列。
這項研究補上了重要缺口，因為魚類其他類群中早已發現性別決定基因。研究緒論列出約 20 個科、約 140 種輻鰭魚中至少 28 種不同的性別決定基因。盤古補足了鯉科魚類相關研究的一部分，而非為所有魚類確立通用規則。
從 101 尾魚找到 Y 染色體上的短插入序列
研究團隊首先組裝出一套黃河鯉雄魚基因組，涵蓋 16.7 億個 DNA 鹼基，分布於 50 條染色體序列。接著，他們重新定序 50 尾雄性和 50 尾雌性同胞魚，以及牠們的雌性親魚，總計比較 101 尾魚。
透過比較雄魚和雌魚中 DNA 片段的相對含量，研究人員初步找出 428 個雄性特有候選片段，並選出兩個較有力的候選片段進一步驗證。其中一個獲確認的片段長 847 個鹼基對，位於 B25 染色體末端附近一段更大的插入序列中。
經由選殖和定序，研究人員確認這個較大的區域含有一段雄性特有、長 1,487 個鹼基對的序列。另一項獨立的 DNA 覆蓋度分析也指向同一個染色體區間。針對不同地理族群的普通鯉所做的測試，支持這段序列與雄性之間的關聯。
染色體影像提供了另一項佐證。以該序列為標的的探針，在 XY 和 YY 雄魚中產生訊號，在 XX 雌魚中則沒有。YY 魚的訊號數量是 XY 魚的兩倍，符合該序列位於 Y 染色體上的推論。這些測試確認了候選序列的位置，但仍須透過功能實驗才能證明它的作用。
盤古在睪丸成形前便開始活化
研究團隊在 Y 染色體的插入序列中，找到一個會產生 447 個鹼基長轉錄本的基因，其編碼序列長 231 個鹼基。該序列會編碼出含 76 個胺基酸的盤古胜肽。研究人員以大型蛋白質資料庫進行搜尋，未發現它與先前註解的基因有顯著相似性。
盤古含有螺旋－環－螺旋結構域，這種結構特徵可能有助於蛋白質與其他參與調控基因活性的蛋白質互動。分析未發現明確證據顯示其帶有此類蛋白質常見、與直接結合 DNA 有關的相鄰鹼性區域。這項差異在探討盤古如何調控下游標的時相當重要。
這個基因的活化時間也符合其引導性別發育的角色。研究人員在受精後第 19 天便檢測到其轉錄本，早於報告所述、受精後第 35 天開始出現可見性別分化的時間。其表現量在第 64 天達到高峰，並於第 92 天後下降。
單細胞分析顯示，盤古表現量最高的細胞，是一群被鑑定為推定支持細胞的細胞。支持細胞與睪丸發育有關，不同於最終會產生精子的生殖細胞。組織影像也支持盤古在支持細胞中表現。其他已知調控因子的表現量較晚才達到高峰，符合盤古在發育過程初期發揮作用的推論。
移除或導入基因都能改變發育方向
關鍵實驗從兩個方向測試這個開關的作用。研究人員使用 CRISPR 基因編輯技術，破壞 XY 鯉魚的 pangu。從受精後第 35 天起，發育中的性腺形成卵巢腔，並依循卵巢發育模式，最後發育成可見卵子發育跡象的卵巢。
變化不只出現在組織外觀。雌性分化基因 foxl2 活性升高，雄性分化基因 amh 和 dmrt1 活性則降低。蛋白質測量結果也呈現相同趨勢。睪固酮和 11-酮睪固酮濃度下降，雌二醇則上升，類似雌魚的荷爾蒙特徵。
另一項 YY 鯉魚實驗中，研究人員保留了一個正常運作的 pangu 拷貝。這些魚仍正常發育出雄性性腺，支持在測試條件下，只要留有一個正常運作的拷貝，便足以維持雄性發育路徑。
在反向實驗中，研究團隊將含有 pangu 及其周邊序列的 DNA 構築體導入 XX 魚。這些基因型為雌性的鯉魚發育出睪丸，並出現精子形成跡象；其基因、蛋白質和荷爾蒙表現也呈現雄性模式。將 pangu 導入缺少正常運作拷貝的 XY 突變魚，也能恢復睪丸發育。
綜合而言，這些實驗顯示，在受測的普通鯉中，pangu 是雄性性別決定所必需且足以發揮作用的基因：移除其功能會使發育轉向卵巢，導入此基因則能使發育轉向睪丸。染色體本身並未從 XX 轉變成 XY，或反向轉變；改變的是發育結果。
抑制卵巢發育路徑有助解釋其作用
研究指出，cyp19a1a 是盤古早期的下游標的。這個基因會編碼卵巢芳香酶，該酵素參與雌激素生成。其活性有助於卵巢分化，因此可能是早期雄性決定訊號改變發育方向的一種途徑。
受精後第 19 天，研究人員已觀察到 cyp19a1a 活性差異。pangu 遭破壞的 XY 魚，該基因表現量升高；導入此基因的 XX 魚，表現量則降低。其他幾個與性別分化相關的基因，沒有出現類似的早期變化。
在使用人類實驗室細胞和源自錦鯉鰭部的細胞株所進行的實驗中，盤古降低了兩個 cyp19a1a 拷貝調控區域的活性。缺少完整螺旋－環－螺旋結構域的突變盤古則失去這項能力，顯示胜肽的結構與其調控作用有關。
最有力的測試是在魚體內進行。研究人員在 pangu 突變的 XY 魚中破壞 cyp19a1a，即使缺少所提出的雄性開關，仍恢復了睪丸發育。這種基因救援實驗顯示 cyp19a1a 位於 pangu 下游：阻斷卵巢發育路徑，能繞過上游訊號缺失所造成的影響。證據支持盤古至少部分透過抑制 cyp19a1a 促進雄性發育，但尚未釐清其中所有分子步驟。
這項發現能否延伸至黃河鯉以外的物種？
研究人員在兩個主要普通鯉亞種的雄魚中都檢測到 pangu，包括東亞群的黃河鯉、紅鯉和錦鯉，以及歐洲群的德國鏡鯉。他們也在同屬的另一個物種 Cyprinus acutidorsalis 中找到雄性特有序列。
紅鯉和錦鯉接受了進一步功能測試。移除或導入 pangu，分別造成相反方向的性別反轉，結果與黃河鯉實驗一致。這些實驗比單純檢測到 DNA 序列，更有力地證明不同魚群中的基因可能具有相同功能。
這項區分有助於界定研究結果的適用範圍。論文指出，Cyprinus 屬中存在保守的雄性開關；但詳細的雙向性別反轉實驗只在黃河鯉、紅鯉和錦鯉中進行。在德國鏡鯉和 Cyprinus acutidorsalis 中檢測到該基因，擴大了遺傳證據的範圍，但並不等於對這些魚進行了相同的功能測試。
同樣地，這是鯉科首個經驗證的主控性別決定基因，並不代表盤古決定了整個鯉科的性別。這項發現為後續研究奠定基礎，以測試哪些近緣魚類具有相同的開關，哪些則採用不同機制。
2009 年的標記是早期線索，並非主控基因的證據
2009 年發表於《Molecular and Cellular Probes》的標記研究，已發現普通鯉的一段雄性特有 DNA 片段。研究人員篩選 220 個隨機引子，發現引子 S2107 會在雄魚中產生一段長 909 個鹼基對的片段。
研究人員在三個普通鯉族群的 30 尾魚中觀察到這種模式。進一步的擴增和雜交測試支持該片段與雄性之間的關聯。此片段與斑馬魚的一段重複序列相似性低，在草魚中則未檢測到雜交訊號。
該研究提出可利用此序列判定黃河鯉的遺傳性別。然而，標記即使不會促使雄性發育，也可能與性染色體一同遺傳。新研究則更進一步，找出一個有表現的基因，並證明移除或導入其功能會改變性腺發育。本文所述的證據並未證明，909 個鹼基對的標記與新界定的 1,487 個鹼基對區域是同一段序列。
研究里程碑相隔多年，而出版日期則是同一篇論文在不同時區的發表時間：
- 2009 年 10 月：先前研究報告發現與普通鯉雄性相關、長 909 個鹼基對的 DNA 標記。
- 2026 年 10 月 9 日：《Science Advances》列出盤古研究的出版日期，刊於第 12 卷第 41 期。
- 2026 年 10 月 10 日，北京時間：公告將新研究結果的發表日期列為這一天。
- 2026 年 10 月 11 日：一則公開報導介紹這項發現，以及歷時十多年的研究過程。
仍待解答的問題
目前對盤古在發育中作用的證據，比對其確切分子作用機制的了解更充分。研究顯示盤古會抑制 cyp19a1a 活性，基因救援實驗也證明兩者有所關聯。但研究尚未確認盤古是否會直接結合相關調控 DNA，或是透過其他蛋白質發揮作用。
作者也提出一個關於表現 pangu 的細胞的問題。其低量且局部的表現，可能反映它只在少數或短暫存在的發育中支持細胞譜系細胞中活化。釐清這些細胞是否處於早期前驅狀態，將有助於解釋微小的起始訊號如何促成睪丸形成。
上海海洋大學博士後研究人員陳匡新，以及中國科學院水生生物研究所副研究員陳驥，為共同第一作者。通訊作者包括胡衛、朱作言、浙江萬里學院葛楚天，以及渥太華大學 Vance L. Trudeau。中國科學院院士何舜平及其他專家也提供指導和協助。
研究團隊尚未公布下一階段實驗的時程。染色體定位、早期表現和雙向功能測試，已為核心研究結果提供支持。後續研究將聚焦盤古如何發揮作用，以及這種機制在受測鯉魚群以外的魚類中有多普遍。
重點整理
- 盤古是鯉科首個經實驗驗證的主控性別決定基因。
- 它編碼一種含 76 個胺基酸的胜肽，位於普通鯉 Y 染色體上一段長 1,487 個鹼基對的區域中。
- 破壞 pangu 會使 XY 鯉魚發育出卵巢；將此基因導入 XX 鯉魚則會使其發育出睪丸。
- 破壞卵巢發育路徑基因 cyp19a1a，可使 pangu 突變魚恢復睪丸發育。
- 紅鯉和錦鯉的功能測試支持盤古具有共同作用，但研究結果尚未證明鯉科全科魚類都採用相同機制。
- 盤古抑制 cyp19a1a 的確切分子途徑仍待釐清。
