科學家們對多種哺乳動物的Y染色體進行了比較。他們發現,Y染色體進化初期的確出現了大量的基因流失,不過在現存物種中Y染色體上的基因相當穩定。
哺乳動物的XY染色體被認為來自于同一個祖先,只是Y染色體出現了快速的基因流失。這一Y染色體退化理論得到了一些果蠅研究的支持。在本周的Nature雜志上,兩個研究團隊(Bellott等人和Cortez等人)向人們展示了Y染色體基因演化的大量證據。研究顯示,盡管在Y染色體進化早期出現了快速退化和基因流失,但自那以后哺乳動物Y染色體上的保守基因就非常的穩定(包括鳥類的W染色體)。這些數據體現了進化動力對性染色體的作用,為Y連鎖基因在物種間的功能一致性提供了合理的解釋。
Y染色體一直是遺傳學和分子生物學研究的一大難題。盡管早期的全基因組測序項目包括了雄性基因組,但Y染色體上的數據常常被忽略,因為它富含重復序列和回文序列。Bellott等人將目的DNA區域克隆到細菌的人工染色體中,獲得和裝配了四種胎盤哺乳動物(大鼠、小鼠、公牛和狨猴)和負鼠 (有袋類)的Y染色體DNA序列。隨后,他們將這些數據與另外三種已測序的胎盤哺乳動物(恒河猴、黑猩猩和人類)進行比較。研究顯示,大約三億年前性染色體祖先上的184個基因,只有3%在上述哺乳動物的Y染色體上存留下來。
這意味著,哺乳動物Y染色體的進化早期的確出現了大量的退化和基因流失。不過,一旦基因在這場淘汰賽中勝出,就能夠在Y染色體上穩定的存在下去。研究人員還發現,上述動物XY染色體共有的36個基因,在過去的兩千五百萬年中穩定存在。此外,袋鼠(tammar wallaby)、袋獾和負鼠共有的十個基因,已經在Y染色體上穩定存在了七千八百萬年。這些發現有助于我們進一步理解,自然選擇是如何起作用,使Y染色體上的特定基因得以保留。
Cortez等人關注的是,只在雄性中表達在雌性中不表達的RNA分子,并證實編碼這些RNA的基因的確只存在于雄性基因組。他們由此在10種哺乳動物中鑒定了134個Y染色體基因,并追溯了它們的進化。這項研究包括了雞(雄性ZZ染色體,雌性ZW染色體)和鴨嘴獸(XY染色體各五個的單孔類動物),為人們展現了更為廣闊的性染色體進化圖。引人注目的是,他們發現胎盤哺乳動物、鳥類和單孔類動物的起源相互獨立,也就是說可以比對它們Y(或W)染色體的基因流失模式。
這些數據不僅有助于人們進一步理解性染色體的進化,還提供了XY停止重組并發生分離的時間點。有趣的是研究人員發現,盡管它們起源不同,但最古老的胎盤哺乳動物、單孔類動物和鳥類的出現時間相當接近。
研究顯示,對于性染色體來說劑量敏感性是很關鍵的。對劑量不敏感的基因,只需一個拷貝就能達到最佳功能,它們大多是X或Y染色體所特有的。如果劑量敏感性基因需要兩個拷貝才能保證健康,那它們很可能同時存在于X和Y染色體上。舉例來說,涉及基因轉錄調控的基因(例如轉錄因子的編碼基因),一個拷貝通常無法功能完全。這可能就是Y染色體保留轉錄調控基因的原因。
Y染色體上富含轉錄調控基因,可見它遠不只是雄性的決定開關。實際上,Y染色體能夠影響整個基因組的基因調控,可能對于所有組織的生物學功能都很重要。可以說,我們基本上才剛剛開始理解雄性和雌性之間的分子生物學差異。
人類Y染色體上的個體差異水平比較低。不過,Y連鎖的序列改變能影響整個基因組的基因表達,進而放大男性之間的差異。研究顯示,雖然成熟Y染色體上的基因相對穩定,但其DNA序列比X染色體演化得更快。由此看來,Y染色體也有潛力介導快速適應性的顯著進化改變。
近日,中國農業科學院都市農業研究所聯合國內外科研單位,發現了改良生菜體內的營養和風味物質的基因密碼。相關研究成果發表在《植物生物技術雜志(PlantBiotechnologyJournal)》上。生菜......
沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的科學家開發出一種全新的基因組工程方法,可將大片段基因精準添加到植物基因組的特定位點。這一方法掃除了困擾植物生物技術數十年的障礙,已在煙草和水稻中得到驗證,為農業生物技術......
現代人類的基因組里,還藏著怎樣不為人知的故事?7月30日,美國加州大學伯克利分校研究團隊在《科學》雜志發表一項成果,宣布在現代人類基因組中定位了來自兩個未知遠古祖先的DNA區域——一個是分化于約80萬......
為鼓勵細胞與基因治療藥品研發創新,國家藥監局組織起草了《關于優化細胞與基因治療藥品審評審批有關事項的公告(征求意見稿)》(附件1),現向社會公開征求意見。請于2026年8月3日前將有關意見按照《意見反......
近日,湖北省農業科學院果樹茶葉研究所聯合華中農業大學園藝林學學院,在柑橘風味品質形成機制研究中取得新進展。研究團隊鑒定出一個可同時調控蔗糖積累與檸檬酸代謝的關鍵基因模塊,為柑橘風味品質定向改良提供了新......
近日,中國農業科學院茶葉研究所茶樹遺傳育種創新團隊利用多基因激活系統,在茶樹根系中實現了茶氨酸生物合成的2個關鍵基因同步激活,顯著提高了茶氨酸含量。相關結果發表在《園藝研究》(Horticulture......
近日,一項發表于《分子精神病學》的研究發現,單個基因GRIN2A可直接導致精神疾病。而此前的研究認為,精神疾病是由許多基因共同作用所致。根據世界衛生組織(WHO)數據,2021年全球每7人中就有1人患......
三維基因組互作與表觀遺傳修飾是基因表達調控的重要因素,其動態變化與細胞生長發育及癌癥等疾病的發生發展密切相關。解析染色質在活細胞內的時空動態,是理解基因調控機制的重要科學問題。現有基于CRISPR-C......
11月1日,在長沙舉行的第五屆湖南省抗癌協會家族遺傳性腫瘤專業委員會學術年會上,中信湘雅生殖與遺傳專科醫院(下稱中信湘雅)首席科學家盧光琇宣布,該院第100位通過胚胎植入前遺傳學檢測(PGT)技術阻斷......
10月16日,記者從中信湘雅生殖與遺傳專科醫院獲悉,該院研究員林戈、副研究員鄭偉團隊,聯合山東大學、上海交通大學醫學院等單位的科研團隊開展合作攻關,系統揭示了卵子與早期胚胎質量問題導致女性反復“試管”......