新南威爾士大學悉尼分校的研究人員通過對鴨嘴獸和雞獨特而多樣的性染色體系統的研究，發現了雄性和雌性在生物過程中的根本差異。

今天發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的研究結果，在遺傳學領域是一個驚喜。這些發現將有助于更好地理解性染色體是如何進化的，我們的身體是如何運作的——它們可能會導致生物學上的新發現。

“哺乳動物，比如人類，雌性有兩條X染色體，雄性有一條X染色體和一條Y染色體，這造成了兩性之間的不平衡，”新南威爾士大學生物技術和生物分子科學學院的首席作者尼古拉斯·利斯特博士說。

“這種不平衡通過一種叫做性染色體劑量補償的過程得到糾正。”

科學家們早就知道，動物有辦法平衡性別染色體差異，實現“正常”功能。

李斯特博士說:“在雌性哺乳動物中，比如人類和老鼠，XX雌性和XY雄性的X染色體數量不同。為了平衡這種差異，女性的一條X染色體通常是沉默的。

“沉默女性的一條X染色體使性染色體上的基因產物相等。

“這可以防止雌性從X染色體中產生比雄性多一倍的蛋白質。”

平衡天平

我們體內的每個細胞都使用蛋白質來執行特定的功能。

“它們是由信使RNA翻譯而來的，信使RNA攜帶著細胞制造蛋白質的指令，”該研究的負責人、同樣來自新南威爾士大學生物技術和生物分子科學學院的副教授保羅·沃特斯說。

“男性或女性會影響X染色體基因的mRNA水平，我們預計這會影響蛋白質的產生。”

沃特斯說，這項研究首次證明，即使在mRNA水平不平衡的情況下，兩性之間也存在蛋白質平衡。

他說:“研究結果表明，在性染色體分化的物種中，劑量補償是確保蛋白質水平平衡的關鍵過程。”

“這些結果很重要，因為它們表明性染色體的劑量補償畢竟是必不可少的——對所有脊椎動物物種都是如此，而不僅僅是胎盤和有袋類哺乳動物。”

為什么是鴨嘴獸和雞?

這項研究的重點是鴨嘴獸和雞，這兩個物種的性染色體系統截然不同，為研究劑量補償的進化和機制提供了有價值的見解。

“鴨嘴獸是單目哺乳動物，具有有趣的性染色體系統，”李斯特博士說。

“雌性有5對X染色體，雄性有5對X染色體和5對y染色體。

“鳥類——比如雞——有一個ZW系統，雄性有兩個Z染色體，雌性有一個Z和一個W染色體。”

科學家們已經在胎盤類和有袋類哺乳動物中觀察到雄性和雌性之間近乎完美的性染色體劑量補償。

“然而，在鳥類和單孔目動物中，兩性之間的mRNA存在不平衡，”他說。

“這是我們認為不可能的事情。我們首次證明，這種不平衡在蛋白質水平上得到了糾正。這意味著鴨嘴獸和雞有一種新的劑量補償機制，這與我們人類的做法不同。”

我們的基因真的在控制嗎?

來自拉特羅布大學環境與遺傳學系的合著者珍妮·格雷夫斯教授早在1986年就證明了人類X染色體上不活躍的基因不會被復制成RNA。

RNA水平的沉默隨后成為所有表觀遺傳沉默的范例。

格雷夫斯教授說:“由于基因無法產生RNA，所以劑量補償的控制被認為只在RNA水平上，而不是在制造蛋白質的水平上。”

“但是鴨嘴獸和雞的性染色體基因的mRNA水平是不平衡的，”她說。

“因此，科學家們質疑劑量補償對生命至關重要的假設。”

沃特斯說，由于技術上的挑戰，測量蛋白質水平比測量mRNA水平要棘手得多。

“現在這項技術更加敏感，我們可以看到雄性和雌性之間性染色體的劑量補償在鴨嘴獸和雞的蛋白質水平上被觀察到。”沃特斯說。“這些物種的雄性和雌性產生的蛋白質數量相似，盡管mRNA的數量存在差異。”

如何應用這些知識?

作者強調遺傳調控的復雜性和考慮基因表達中多個水平控制的重要性。

來自新南威爾士大學生物醫學科學學院的合著者Shafagh Waters博士說，這項研究為更深入地理解基因調控鋪平了道路。

她說:“研究像鴨嘴獸這樣的獨特物種，為我們提供了對細胞和分子機制的新見解，這些機制可以調節人類生理的各個方面，或者與疾病狀態有關。”

“因此，雖然這些過程可能不直接適用于人類劑量補償，但它們闡明了我們的身體如何管理基因表達和蛋白質生產。我們的發現有可能推進進化生物學的知識，并導致醫學遺傳學的創新療法。了解不同物種之間的這些機制可以幫助確定蛋白質功能障礙是關鍵的疾病的新靶點。”

Lister博士說，未來的研究將會檢查劑量補償的機制。

“這項工作將幫助我們發現自然界中的其他劑量補償系統，”他說。“我們可以找出這些是如何進化的，以及它們如何在其他物種中起作用。了解其他物種的這些過程可以從根本上加強我們對基因調控的掌握。”



（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-7/20240730235547175.htm）