新南威爾斯大學雪梨分校的研究人員透過研究鴨嘴獸和雞獨特而多樣的性染色體系統，發現了雄性和雌性生物過程的根本差異。發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的這項發現是遺傳學領域的驚喜。這些發現將有助於人們更好地了解性染色體是如何進化的，我們的身體是如何運作的，也可能帶來生物學的新發現。

新南威爾斯大學生物技術和生物分子科學學院的主要作者尼古拉斯-李斯特博士說：”哺乳動物，例如人類，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，這就造成了兩性之間的不平衡。

科學家早就知道，動物有辦法平衡染色體差異，實現”正常”功能。

李斯特博士說：「在人類和小鼠等雌性哺乳動物中，XX雌性和XY雄性的X染色體數目不同。為了平衡這種差異，雌性中的一條X 染色體通常會被沉默。沉默雌性的一條X染色體可以平衡性染色體上的基因產物。

我們體內的每個細胞都會使用蛋白質來執行特定功能。

這項研究的負責人、新南威爾斯大學生物技術與生物分子科學學院副教授保羅-沃特斯（Paul Waters）說：「它們是從mRNA翻譯而來的，而mRNA攜帶著細胞製造蛋白質的指令。男性或女性會影響X染色體基因的mRNA水平，我們預期這也會影響蛋白質的生產。

鴨嘴獸和雞的性染色體系統與人類大相逕庭–這為我們了解自己的身體工作提供了寶貴的資訊。圖片來源：Shafagh Waters 和Lisa Melisa

但沃特斯教授說，這項研究首次證明，即使mRNA 水平不平衡，兩性之間也會出現蛋白質平衡：「研究結果表明，在具有分化性染色體的物種中，劑量補償是確保蛋白質水平平衡的一個關鍵過程。

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大相逕庭，但卻為我們了解劑量補償的演化和機制提供了寶貴的視角。

“鴨嘴獸是單性哺乳動物，其性染色體系統非常有趣，”李斯特博士說。 「雌性鴨嘴獸有五對X染色體，雄性有五條X染色體和五條Y染色體。鳥類（如雞）有一個ZW 系統，雄性有兩條Z 染色體，雌性有一條Z 染色體和一條W 染色體。科學家已經在胎盤類和有袋類哺乳動物中觀察到雌雄之間近乎完美的性染色體RNA劑量補償。

「然而，在鳥類和單孔類動物中，兩性之間的mRNA 卻不平衡。我們認為這是不可能的。我們首次發現，這種不平衡在蛋白質層面上得到了糾正。這意味著鴨嘴獸和雞有一種新的劑量補償機制，與我們人類的機制不同。

合著者之一、拉籌伯大學環境與遺傳學系的珍妮-格雷夫斯教授早在1986 年就證明，人類X 染色體上的非活性基因不會被複製到RNA 中。隨後，RNA 層面的沉默成為所有表觀遺傳沉默的範例。

格雷夫斯教授說：”由於基因因無法產生RNA而被沉默，因此劑量補償的控制被認為只在RNA水平上，而不是在製造蛋白質的水平上。但在鴨嘴獸和雞身上，性染色體上基因的mRNA 水平並不平衡，”因此，科學家們對”劑量補償是生命的必要條件”這一假設提出了質疑。

沃特斯教授說，由於技術上的挑戰，蛋白質水平的測量比mRNA 水平的測量要困難得多：”現在這項技術更加靈敏了，我們可以看到，在鴨嘴獸和雞的蛋白質水平上觀察到了雌雄性染色體的劑量補償。

作者強調了基因調控的複雜性以及考慮基因表現多層次控制的重要性。這項研究的共同作者、新南威爾斯大學生物醫學科學學院的沙法格-沃特斯（Shafagh Waters）博士說，這項研究為更深入了解基因調控鋪平了道路。

她說：「研究鴨嘴獸這樣的獨特物種，可以讓我們對細胞和分子機制有新的認識，這些機制可以調節人類生理的各個方面，或與疾病狀態有關。因此，雖然這些過程可能不直接適用於人類的劑量補償，但它們闡明了我們的身體是如何管理基因表現和蛋白質生產的。這些機制有助於確定治療蛋白質功能障礙關鍵疾病的新目標。

李斯特博士說，未來的研究將探討劑量補償的機制。 “這項工作將幫助我們發現自然界中的其他劑量補償系統，我們可以發現這些系統是如何進化的，以及它們在其他物種中是如何工作的。了解其他物種的這些過程可以從根本上提高我們對基因調控的掌握。

編譯自/ ScitechDaily