研究人员发现了雄性和雌性生物过程的根本差异

新南威尔士大学悉尼分校的研究人员通过研究鸭嘴兽和鸡独特而多样的性染色体系统，发现了雄性和雌性生物过程的根本差异。发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的这一发现是遗传学领域的一个惊喜。这些发现将有助于人们更好地了解性染色体是如何进化的，我们的身体是如何运作的，而且还可能带来生物学方面的新发现。

新南威尔士大学生物技术和生物分子科学学院的主要作者尼古拉斯-李斯特博士说："哺乳动物，比如人类，雌性有两条X染色体，雄性有一条X染色体和一条Y染色体，这就造成了两性之间的不平衡。这种不平衡通过一种叫做性染色体剂量补偿的过程来纠正。"

科学家们早就知道，动物有办法平衡性染色体差异，实现"正常"功能。

李斯特博士说："在人类和小鼠等雌性哺乳动物中，XX雌性和XY雄性的X染色体数目不同。为了平衡这种差异，雌性中的一条 X 染色体通常会被沉默。沉默雌性的一条 X 染色体可以平衡性染色体上的基因产物。这可以防止雌性产生比雄性多一倍的 X 蛋白质"。

我们体内的每个细胞都使用蛋白质来执行特定功能。

这项研究的负责人、新南威尔士大学生物技术与生物分子科学学院副教授保罗-沃特斯（Paul Waters）说："它们是从mRNA翻译而来的，而mRNA携带着细胞制造蛋白质的指令。男性或女性会影响X染色体基因的mRNA水平，我们预计这也会影响蛋白质的生产。"

鸭嘴兽和鸡的性染色体系统与人类大相径庭--这为我们了解自己的身体工作提供了宝贵的信息。图片来源：Shafagh Waters 和 Lisa Melisa

但沃特斯教授说，这项研究首次证明，即使 mRNA 水平不平衡，两性之间也会出现蛋白质平衡："研究结果表明，在具有分化性染色体的物种中，剂量补偿是确保蛋白质水平平衡的一个关键过程。这些结果意义重大，因为它们表明性染色体的剂量补偿毕竟是必不可少的，而且适用于所有脊椎动物物种，而不仅仅是胎盘哺乳动物和有袋哺乳动物。"

这项研究的重点是鸭嘴兽和鸡--这两个物种的性染色体系统大相径庭，但却为我们了解剂量补偿的进化和机制提供了宝贵的视角。

"鸭嘴兽是单性哺乳动物，其性染色体系统非常有趣，"李斯特博士说。"雌性鸭嘴兽有五对X染色体，雄性有五条X染色体和五条Y染色体。鸟类（如鸡）有一个 ZW 系统，雄性有两条 Z 染色体，雌性有一条 Z 染色体和一条 W 染色体。科学家们已经在胎盘类和有袋类哺乳动物中观察到雌雄之间近乎完美的性染色体RNA剂量补偿。

"然而，在鸟类和单孔类动物中，两性之间的 mRNA 却不平衡。我们认为这是不可能的。我们首次发现，这种不平衡在蛋白质水平上得到了纠正。这意味着鸭嘴兽和鸡有一种新的剂量补偿机制，与我们人类的机制不同。"

合著者之一、拉筹伯大学环境与遗传学系的珍妮-格雷夫斯教授早在 1986 年就证明，人类 X 染色体上的非活性基因不会被复制到 RNA 中。随后，RNA 水平的沉默成为所有表观遗传沉默的范例。

格雷夫斯教授说："由于基因因无法产生RNA而被沉默，因此剂量补偿的控制被认为只在RNA水平上，而不是在制造蛋白质的水平上。但在鸭嘴兽和鸡身上，性染色体上基因的 mRNA 水平并不平衡，"因此，科学家们对"剂量补偿是生命的必要条件"这一假设提出了质疑。

沃特斯教授说，由于技术上的挑战，蛋白质水平的测量比 mRNA 水平的测量要困难得多："现在这项技术更加灵敏了，我们可以看到，在鸭嘴兽和鸡的蛋白质水平上观察到了雌雄性染色体的剂量补偿。尽管mRNA的数量存在差异，但这些物种的雌雄个体制造的蛋白质数量相似。"

作者强调了基因调控的复杂性以及考虑基因表达多层次控制的重要性。这项研究的共同作者、新南威尔士大学生物医学科学学院的沙法格-沃特斯（Shafagh Waters）博士说，这项研究为更深入地了解基因调控铺平了道路。

她说："研究鸭嘴兽这样的独特物种，可以让我们对细胞和分子机制有新的认识，这些机制可以调节人类生理的各个方面，或者与疾病状态有关。因此，虽然这些过程可能并不直接适用于人类的剂量补偿，但它们阐明了我们的身体是如何管理基因表达和蛋白质生产的。我们的发现有可能推动进化生物学知识的发展，并带来医学遗传学的创新疗法。了解不同物种的这些机制有助于确定治疗蛋白质功能障碍关键疾病的新目标。"

李斯特博士说，未来的研究将探讨剂量补偿的机制。"这项工作将帮助我们发现自然界中的其他剂量补偿系统，我们可以发现这些系统是如何进化的，以及它们在其他物种中是如何工作的。了解其他物种的这些过程可以从根本上提高我们对基因调控的掌握。"

编译自/ScitechDaily