子科生物報道：

新南威爾士大學(xué)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(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了雄性和雌性在生物過程中的根本差異。

今天發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上的研究結(jié)果，在遺傳學(xué)領(lǐng)域是一個驚喜。這些發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致生物學(xué)上的新發(fā)現(xiàn)。

“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(xué)生物技術(shù)和生物分子科學(xué)學(xué)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?shù)倪^程得到糾正?！?/p>

科學(xué)家們早就知道，動物有辦法平衡性別染色體差異，實現(xiàn)“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(shù)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(chǎn)物相等。

“這可以防止雌性從X染色體中產(chǎn)生比雄性多一倍的蛋白質(zhì)?！?/p>

平衡天平

我們體內(nèi)的每個細(xì)胞都使用蛋白質(zhì)來執(zhí)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(xì)胞制造蛋白質(zhì)的指令，”該研究的負(fù)責(zé)人、同樣來自新南威爾士大學(xué)生物技術(shù)和生物分子科學(xué)學(xué)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(yù)計這會影響蛋白質(zhì)的產(chǎn)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(zhì)平衡。

他說:“研究結(jié)果表明，在性染色體分化的物種中，劑量補償是確保蛋白質(zhì)水平平衡的關(guān)鍵過程?！?/p>

“這些結(jié)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(tǒng)截然不同，為研究劑量補償?shù)倪M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(tǒng)，”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(tǒng)，雄性有兩個Z染色體，雌性有一個Z和一個W染色體。”

科學(xué)家們已經(jīng)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(rèn)為不可能的事情。我們首次證明，這種不平衡在蛋白質(zhì)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?nèi)祟惖淖龇ú煌?。?/p>

我們的基因真的在控制嗎?

來自拉特羅布大學(xué)環(huán)境與遺傳學(xué)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(fù)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(chǎn)生RNA，所以劑量補償?shù)目刂票徽J(rèn)為只在RNA水平上，而不是在制造蛋白質(zhì)的水平上?！?/p>

“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(xué)家們質(zhì)疑劑量補償對生命至關(guān)重要的假設(shè)?！?/p>

沃特斯說，由于技術(shù)上的挑戰(zhàn)，測量蛋白質(zhì)水平比測量mRNA水平要棘手得多。

“現(xiàn)在這項技術(shù)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(zhì)水平上被觀察到。”沃特斯說。“這些物種的雄性和雌性產(chǎn)生的蛋白質(zhì)數(shù)量相似，盡管mRNA的數(shù)量存在差異?！?/p>

如何應(yīng)用這些知識?

作者強調(diào)遺傳調(diào)控的復(fù)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(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的合著者Shafagh Waters博士說，這項研究為更深入地理解基因調(diào)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(xì)胞和分子機制的新見解，這些機制可以調(diào)節(jié)人類生理的各個方面，或者與疾病狀態(tài)有關(guān)?！?/p>

“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(zhì)生產(chǎn)。我們的發(fā)現(xiàn)有可能推進進化生物學(xué)的知識，并導(dǎo)致醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的創(chuàng)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(zhì)功能障礙是關(guān)鍵的疾病的新靶點?！?/p>

Lister博士說，未來的研究將會檢查劑量補償?shù)臋C制。

“這項工作將幫助我們發(fā)現(xiàn)自然界中的其他劑量補償系統(tǒng)，”他說?！拔覀兛梢哉页鲞@些是如何進化的，以及它們?nèi)绾卧谄渌锓N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(diào)控的掌握。”