新南威尔士大学的悉尼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，发现了雄性和雌性之间生物过程的根本差异。

这项研究结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，是遗传学领域的一个惊喜。这些发现将有助于更好地了解性染色体如何进化，我们的身体如何运作——并且它们可能带来生物学上的新发现。

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·利斯特博士说：“哺乳动物，例如人类，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，这造成了性别之间的不平衡。”

“这种不平衡可以通过一种称为性染色体剂量补偿的过程来纠正。”

科学家早就知道动物有办法平衡性染色体差异并实现“正常”功能。

Lister博士说：“在雌性哺乳动物中，例如人类和老鼠，XX雌性和XY雄性的X染色体数量不同。为了平衡这种差异，雌性的一条X染色体通常会被沉默。

“沉默女性的一条X染色体可使性染色体上的基因产物均衡。

“这使得雌性无法从X染色体产生比雄性多一倍的蛋白质。”

平衡天平

我们身体中的每个细胞都使用蛋白质来执行特定的功能。

“它们是由mRNA翻译而来的，mRNA携带着细胞制造蛋白质的指令，”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(PaulWaters)说。

“男性或女性会影响X染色体基因的mRNA水平，我们预计这会影响蛋白质的产生。”

但沃特斯副教授表示，这项研究首次证明，即使mRNA水平不平衡，两性之间也会保持蛋白质的平衡。

他说：“研究结果表明，剂量补偿是具有分化性染色体的物种中的一个关键过程，以确保蛋白质水平的平衡。”

“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——并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。”

为什么是鸭嘴兽和鸡?

该研究集中于鸭嘴兽和鸡——这两个物种的性染色体系统差异很大，为剂量补偿的进化和机制提供了宝贵的见解。

“鸭嘴兽是单孔类哺乳动物，具有有趣的性染色体系统，”利斯特博士说。

“女性有五对X染色体，男性有五对X染色体和五对Y染色体。

“鸟类(例如鸡)具有ZW系统，其中雄性有两个Z染色体，而雌性有一个Z染色体和一个W染色体。”

沃特斯副教授表示，科学家已经在胎盘哺乳动物和有袋类哺乳动物中观察到雄性和雌性之间近乎完美的性染色体RNA剂量补偿。

“然而，在鸟类和单孔目动物中，两性之间的mRNA存在不平衡，”他说。

“我们认为这是不可能的。

“我们首次证明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具有一种新的剂量补偿机制，与我们人类不同。”

我们的基因真的在控制着我们吗?

论文合著者、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，人类失活X染色体上的基因不会被复制到RNA中。

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：“由于基因因无法制造RNA而处于沉默状态，因此剂量补偿的控制被认为仅仅在RNA水平上，而不是在制造蛋白质的水平上。”

“但是鸭嘴兽和鸡的性染色体上的基因mRNA水平并不平衡，”她说。

“因此，科学家对剂量补偿对生命至关重要的假设提出了质疑。”

沃特斯副教授表示，由于技术方面的挑战，测量蛋白质水平比测量mRNA水平要困难得多。

“现在技术更加灵敏了，我们可以看到鸭嘴兽和鸡在蛋白质水平上观察到了雄性和雌性性染色体的剂量补偿，”沃特斯副教授说。

“尽管mRNA数量存在差异，但这些物种的雄性和雌性产生的蛋白质数量相似。”

这些知识将如何被应用?

作者强调了基因调控的复杂性以及考虑基因表达的多层次控制的重要性。

新南威尔士大学生物医学科学学院的合著者ShafaghWaters博士表示，这项研究为更深入地了解基因调控铺平了道路。

她说：“研究像鸭嘴兽这样独特的物种为我们提供了新的见解，让我们了解可以调节人体生理各个方面或与疾病状态有关的细胞和分子机制。”

“因此，虽然这些过程可能不直接适用于人类的剂量补偿，但它们阐明了我们的身体如何管理基因表达和蛋白质生产。

“我们的发现有可能促进进化生物学的认识，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找到以蛋白质功能障碍为关键的疾病的新靶点。”

Lister博士表示，未来的研究将探讨有助于剂量补偿的机制。

“这项工作将帮助我们发现自然界中的其他剂量补偿系统，”他说。

“我们可以了解它们是如何进化的，以及它们在其他物种中是如何发挥作用的。”

沃特斯副教授表示：“了解其他物种的这些过程可以从根本上增强我们对基因调控的掌握。”