2020年4月17日，浙江万里学院葛楚天、钱国英教授课题组与美国杜克大学Blanche Capel教授课题组合作，在温度依赖型性别决定机理研究上取得了重要进展。研究成果以“Temperature-dependent sex determination is mediated by pSTAT3 repression of Kdm6b ”为题，发表在国际顶级学术期刊Science（《科学》）上。葛楚天教授和Blanche Capel教授为本文通讯作者，浙江万里学院和杜克大学为通讯单位。这是学科成员组继2018年Science论文后的又一次突破。
温度依赖型性别决定（temperature-dependent sex determination，TSD）是一种非常有趣的生命现象，性别由胚胎发育的孵化温度决定，常见于龟、鳄鱼和蜥蜴等爬行动物，但其分子机制一直不清楚。解析TSD机制的关键在于弄清楚温度如何调控性别决定基因的表达？2018年，葛楚天、钱国英课题组和Blanche Capel课题组合作研究发现，一种表观遗传因子Kdm6b通过激活性别决定基因Dmrt1，调控红耳龟性别发育，相关工作发表在Science期刊上。Kdm6b的转录或剪辑状态在鳄鱼和蜥蜴上均呈现温度依赖性，提示Kdm6b的这种调控作用极可能具有爬行动物普遍意义。因此，研究温度如何转化成生物信号，调控Kdm6b表达，是破译TSD机制的一个重要突破口。
钙离子参与许多生物感受过程（包括温度感受），它能激活pSTAT3，而pSTAT3又是Kdm6b一个负调控因子，故温度很可能通过钙离子-pSTAT3调控Kdm6b表达。为了验证这一科学假设，合作课题组以红耳龟为TSD动物模型进行了多年研究。他们首先发现pSTAT3在龟未分化性腺中呈现温度依赖性分布，产雌温度特异性表达。体外和体内功能实验表明，在产雌温度性腺中pSTAT3直接绑定在Kdm6b启动子区抑制其表达，从而抑制Dmrt1表达，最终促进雌性发育。并且发现敲低Kdm6b能够回复由pSTAT3抑制引起的性逆转。通过体外性腺细胞培养模型，揭示了高温促进性腺体细胞钙离子内流，激活pSTAT3，而在低温下性腺细胞内钙离子水平低，pSTAT3维持在低水平。最后合作课题组通过比较分析发现，除钙离子外pSTAT3也能被其他一些环境感受因子激活，如冷诱导RNA绑定蛋白CIRBP（参与鳄龟性别决定）、离子通道蛋白TRPV4（参与鳄鱼性别决定）和皮质醇（参与雌雄同体鱼的性逆转）等，提示pSTAT3-Kdm6b是众多环境依赖型性别决定（ESD）系统间的保守盒，将环境感受和性别决定通路连接起来。该项研究揭示了，高温诱导钙离子流入性腺体细胞内，激活pSTAT3，抑制Kdm6b表达，继而抑制Dmrt1表达，最终促进龟雌性发育，为全面破译TSD机制奠定了重要基础，同时提出了一个新的调控假说—“pSTAT3-Kdm6b保守盒”，为其他众多ESD机制研究指明了方向。