上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
众所周知，人类的性别由性染色体 X 和 Y 决定，XY 为男性，XX 为女性。然而，X染色体上的基因数量远超 Y 染色体，为了保证两性基因表达数量的大致相当，女性的两条 X 染色体中会有一条随机失活，这种剂量补偿机制是由 X 染色体上的长链非编码基因
X-IST所介导的。
而对于鸟类（包括鸡），它们的性别由性染色体 Z 和 W 决定，ZW 为雌性，ZZ 为雄性，而 Z 染色体上的基因数量远超 W 染色体，这导致雄性鸟类的基因数量显著多于雌性，然而，鸟类的剂量补偿程度以及机制，至今仍不清楚。
2025 年 7 月 16 日，德国海德堡大学、英国爱丁堡大学、瑞典乌普萨拉大学的研究人员在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：A male-essential miRNA is key for avian sex chromosome dosage compensation 的研究论文。
该研究揭示了鸟类独特的性染色体剂量补偿机制，其通过一种 miRNA——miR-2954来抑制特定的基因表达，防止雄性鸟类中这些基因过表达，从而确保雄性鸟类的存活，而雌性鸟类则不需要这种 miRNA。
之前的研究表明，雌性鸟类中 Z 染色体的基因转录上调不完全，这可能是由于许多基因部分上调或只有部分基因完全上调，从而导致转录水平低于祖先常染色体基因的水平。
相比之下，雄性鸟类保留了来自其两条 Z 染色体的祖先表达水平，这使得它们是否受到任何上调机制的影响仍不清楚。
雌性鸟类的性染色体为 ZW，雄性鸟类则为 ZZ。其中，W 染色体在进化过程中丢失了大部分基因，这导致雄性鸟类基因数量显著多于雌性，而鸟类平衡这种基因数量差异的剂量补偿机制，目前尚不清楚。
该团队之前曾发现一种 Z 染色体连锁的 miRNA——miR-2954，其主要在雄性鸟类中表达，在雄性中国的表达量是雌性的 5-10 倍，而且，miR-2954 的预测靶基因主要是 Z 染色体连锁的剂量敏感基因，且这些基因在两性之间的表达比其他 Z 染色体连锁基因更为平衡，这表明 miR-2954 在鸟类的剂量补偿中发挥着关键作用。
在这项最新研究中，研究团队基因敲除（KO）鸡模型评估了 miR-2954 在体内的功能。并结合进化基因组学分析，以阐明了鸟类性染色体剂量补偿的机制、程度和重要性。
研究团队在鸡中敲除了 miR-2954，结果显示，纯合型敲除的公鸡在胚胎早期就会死亡。这种死亡可能是因为 miR-2954 敲除后导致原本被其抑制的剂量敏感的 Z 染色体连锁的靶基因表达特异性上调。进化基因表达分析进一步发现，这些剂量敏感的靶基因在母鸡的单条 Z 染色体上经历了转录层面和翻译层面的双重上调。
因此，这项研究表明，W 染色体上基因丢失后的进化压力，驱动了雌性鸟类中剂量敏感的 Z 染色体连锁基因的转录和翻译上调，同时也促使这些基因在雄性鸟类中发生转录上调。由此导致雄性鸟类中两个上调的剂量敏感的 Z 染色体连锁基因拷贝共同作用，产生过量的转录本。而在鸟类进化过程中，这些过量的转录本被 miR-2954 介导的高度靶向性转录本降解机制所抵消。
总的来说，该研究发现了一种独特的鸟类性染色体剂量补偿系统——通过这一系统，一个 miRNA——miR-2954 成为雄性鸟类存活的必需因子。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09256-9
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