男性有XY染色體，女性有XX染色體，如果沒有一種方法可讓兩條性染色體的基因表達均等，那么就不可能會有性別的發(fā)展。性別如何是演變成今天這樣的？科學家們一直在探索其中的許多細節(jié)，但是最近，在果蠅和其他昆蟲模式生物中的一項研究表明，一個特別重要的秘密可能很簡單：GAGAGA…。相關研究結(jié)果發(fā)表在7月14日的《PLOS Genetics》雜志。

這項研究表明，只有兩個DNA核苷酸的重復序列，對于“最近發(fā)現(xiàn)的一個稱為CLAMP的蛋白質(zhì)是如何與X染色體結(jié)合”是至關重要的。CLAMP蛋白可確保新孕育的果蠅雄性實現(xiàn)X染色體基因的雙表達。其他種類的動物有時會使兩性之間的基因表達有所不同，但這種X染色體的“劑量補償”發(fā)生在整個動物界。

本研究資深作者、布朗大學分子生物學、細胞生物學和生物化學助理教授Erica Larschan指出：“這個過程可能在不同的物種之間是獨立演變的，這就是為什么一段非常簡單的二核苷酸重復序列（或核苷酸）（像GAGAGA…），對于曾經(jīng)一直演變的劑量補償是如此重要。”

Larschan說：“我認為二核苷酸的這種擴增是一種非常有吸引力的機制，因為它可能簡單地發(fā)生，然后在進化的時候會發(fā)生選擇。”

GAGA

2013年，Larschan實驗室在果蠅中發(fā)現(xiàn)了CLAMP，并發(fā)現(xiàn)這個蛋白可將雄性特異性致命蛋白（MSL）與X染色體聯(lián)系在一起。該研究小組仍然不清楚，CLAMP如何特異性地識別X染色體，并鎖定在基因需要表達的所有地方。

在進一步的實驗中， Larschan、本文第一作者Guray Kuzu和Emily Kaye，以及其他研究成員表明，CLAMP與GA重復序列有特別強的親和力，而與其他染色體相比，X染色體比上有兩倍多的長GA重復。他們觀察到，隨著GA重復的增加，CLAMP結(jié)合變得更強。他們發(fā)現(xiàn)，在劑量補償可能啟動的位點，這些GA重復的密度增加。

此外，他們認為，不僅在果蠅中是這樣，而且在其他種類的蒼蠅和蚊子中也是如此。作者寫道：“因此，我們支持一種機制，在進化過程中，簡單重復序列的擴增通過這種機制，增加了CLAMP在 X染色體上的富集，這會驅(qū)動劑量補償?shù)?/span>X特異性。”

性別進化

本研究的意義在于，這似乎在進化過程中發(fā)生了多次：X染色體呈現(xiàn)長但卻簡單的DNA序列，對于CLAMP和不同版本MSL鎖定并加倍基因表達是必要的。這一過程使雄性生存成為可能，從而為不同性別的存在鋪平了道路。

Larschan說，CLAMP已經(jīng)進化到在X染色體呈現(xiàn)所有GAGA序列之前執(zhí)行其它功能。CLAMP在昆蟲當中是廣泛保守的，自然界到處都有這種具有GA二核苷酸結(jié)合性能的相似蛋白質(zhì)。

然而我們不太清楚的是，GA序列如何一直找到自己的方式進入X染色體。盡管有一些它可以很容易發(fā)生的機制。Larschan說，有一種可能性是，隨著DNA聚合酶組裝成一條新的DNA鏈，它可能會陷入千篇一律的數(shù)次序列重復。這樣的錯誤并不少見——雖然他們并不總是導致性別的出現(xiàn)。

其他的動物呢？人類呢？

這個過程似乎不僅僅在昆蟲中起作用。Larschan說，有證據(jù)表明，它可能也發(fā)生在秀麗隱桿線蟲中。她正在跟蹤的一個關鍵問題是，哺乳動物如何完成劑量補償。直到最近，科學家們認為，哺乳動物通過簡單的沉默一條雌性X來滿足雄性——而不是增加雄性的X來滿足雌性，來實現(xiàn)性別平等。來自其他實驗室的新的證據(jù)表明，這兩者是真的：一條雌性X染色體被沉默，但雄性X和其他雌性X的表達都增加。同時，其他實驗室已經(jīng)表明，哺乳動物的X染色體也有很多的GA重復。

因此，在這項新的研究中，Larschan試圖確定，在人類中是否也有一種蛋白，發(fā)揮果蠅CLAMP相同的作用。該方法是采取候選的人類蛋白，并將它們設計成果蠅蛋白，以探究它們是否能像CLAMP發(fā)揮相同功能。

如果是這樣的話，這將表明，雄性和雌性的存在取決于一個類似的過程。人類的性別，似乎也依賴于GAGAGAGAGA。

2014年5月，明尼蘇達大學的科學家們發(fā)現(xiàn)，哺乳動物的性別決定并非是一勞永逸的，需要關鍵蛋白進行終生維護。這項新研究通過小鼠模型向人們展示，特異性的轉(zhuǎn)錄因子一直維持著性別決定，防止一種性別的細胞被重編程為另一種性別。這一發(fā)現(xiàn)于Cell旗下的Developmental Cell雜志上。

男人和女人有許多明顯不同的地方，以往認為所有這些不同背后的本質(zhì)原因隱藏在我們的第23對染色體——X和Y染色體中，過去的絕大部分研究都集中在這兩個基因是怎樣編碼蛋白質(zhì)從而決定性別的。最近，美國冷泉港實驗室（CSHL）科學家發(fā)現(xiàn)，還有一種非常小的亞基因單位能編碼一種短RNA分子（miRNAs），在區(qū)別兩種性別方面也發(fā)揮著關鍵作用。