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性别决定是如何演化的,你知道吗?

2016/07/21 来源:生物通
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导读
男性有XY染色体,女性有XX染色体,如果没有一种方法可让两条性染色体的基因表达均等,那么就不可能会有性别的发展。性别如何是演变成今天这样的?科学家们一直在探索其中的许多细节。


男性有XY染色体,女性有XX染色体,如果没有一种方法可让两条性染色体的基因表达均等,那么就不可能会有性别的发展。性别如何是演变成今天这样的?科学家们一直在探索其中的许多细节,但是最近,在果蝇和其他昆虫模式生物中的一项研究表明,一个特别重要的秘密可能很简单:GAGAGA…。相关研究结果发表在7月14日的《PLOS Genetics》杂志。

这项研究表明,只有两个DNA核苷酸的重复序列,对于“最近发现的一个称为CLAMP的蛋白质是如何与X染色体结合”是至关重要的。CLAMP蛋白可确保新孕育的果蝇雄性实现X染色体基因的双表达。其他种类的动物有时会使两性之间的基因表达有所不同,但这种X染色体的“剂量补偿”发生在整个动物界。

本研究资深作者、布朗大学分子生物学、细胞生物学和生物化学助理教授Erica Larschan指出:“这个过程可能在不同的物种之间是独立演变的,这就是为什么一段非常简单的二核苷酸重复序列(或核苷酸)(像GAGAGA…),对于曾经一直演变的剂量补偿是如此重要。”

Larschan说:“我认为二核苷酸的这种扩增是一种非常有吸引力的机制,因为它可能简单地发生,然后在进化的时候会发生选择。”

GAGA

2013年,Larschan实验室在果蝇中发现了CLAMP,并发现这个蛋白可将雄性特异性致命蛋白(MSL)与X染色体联系在一起。该研究小组仍然不清楚,CLAMP如何特异性地识别X染色体,并锁定在基因需要表达的所有地方。

在进一步的实验中, Larschan、本文第一作者Guray Kuzu和Emily Kaye,以及其他研究成员表明,CLAMP与GA重复序列有特别强的亲和力,而与其他染色体相比,X染色体比上有两倍多的长GA重复。他们观察到,随着GA重复的增加,CLAMP结合变得更强。他们发现,在剂量补偿可能启动的位点,这些GA重复的密度增加。生物通 www.ebiotrade.com

此外,他们认为,不仅在果蝇中是这样,而且在其他种类的苍蝇和蚊子中也是如此。作者写道:“因此,我们支持一种机制,在进化过程中,简单重复序列的扩增通过这种机制,增加了CLAMP在 X染色体上的富集,这会驱动剂量补偿的X特异性。”

性别进化

本研究的意义在于,这似乎在进化过程中发生了多次:X染色体呈现长但却简单的DNA序列,对于CLAMP和不同版本MSL锁定并加倍基因表达是必要的。这一过程使雄性生存成为可能,从而为不同性别的存在铺平了道路。生物通 www.ebiotrade.om

Larschan说,CLAMP已经进化到在X染色体呈现所有GAGA序列之前执行其它功能。CLAMP在昆虫当中是广泛保守的,自然界到处都有这种具有GA二核苷酸结合性能的相似蛋白质。

然而我们不太清楚的是,GA序列如何一直找到自己的方式进入X染色体。尽管有一些它可以很容易发生的机制。Larschan说,有一种可能性是,随着DNA聚合酶组装成一条新的DNA链,它可能会陷入千篇一律的数次序列重复。这样的错误并不少见——虽然他们并不总是导致性别的出现。

其他的动物呢?人类呢?

这个过程似乎不仅仅在昆虫中起作用。Larschan说,有证据表明,它可能也发生在秀丽隐杆线虫中。她正在跟踪的一个关键问题是,哺乳动物如何完成剂量补偿。直到最近,科学家们认为,哺乳动物通过简单的沉默一条雌性X来满足雄性——而不是增加雄性的X来满足雌性,来实现性别平等。来自其他实验室的新的证据表明,这两者是真的:一条雌性X染色体被沉默,但雄性X和其他雌性X的表达都增加。同时,其他实验室已经表明,哺乳动物的X染色体也有很多的GA重复。

因此,在这项新的研究中,Larschan试图确定,在人类中是否也有一种蛋白,发挥果蝇CLAMP相同的作用。该方法是采取候选的人类蛋白,并将它们设计成果蝇蛋白,以探究它们是否能像CLAMP发挥相同功能。

如果是这样的话,这将表明,雄性和雌性的存在取决于一个类似的过程。人类的性别,似乎也依赖于GAGAGAGAGA。

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