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

這項(xiàng)研究表明，只有兩個(gè)DNA核苷酸的重復(fù)序列，對(duì)于“最近發(fā)現(xiàn)的一個(gè)稱為CLAMP的蛋白質(zhì)是如何與X染色體結(jié)合”是至關(guān)重要的。CLAMP蛋白可確保新孕育的果蠅雄性實(shí)現(xiàn)X染色體基因的雙表達(dá)。其他種類的動(dòng)物有時(shí)會(huì)使兩性之間的基因表達(dá)有所不同，但這種X染色體的“劑量補(bǔ)償”發(fā)生在整個(gè)動(dòng)物界。

本研究資深作者、布朗大學(xué)分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)助理教授Erica Larschan指出：“這個(gè)過(guò)程可能在不同的物種之間是獨(dú)立演變的，這就是為什么一段非常簡(jiǎn)單的二核苷酸重復(fù)序列（或核苷酸）（像GAGAGA…），對(duì)于曾經(jīng)一直演變的劑量補(bǔ)償是如此重要。”

Larschan說(shuō)：“我認(rèn)為二核苷酸的這種擴(kuò)增是一種非常有吸引力的機(jī)制，因?yàn)樗赡芎?jiǎn)單地發(fā)生，然后在進(jìn)化的時(shí)候會(huì)發(fā)生選擇。”

GAGA

2013年，Larschan實(shí)驗(yàn)室在果蠅中發(fā)現(xiàn)了CLAMP，并發(fā)現(xiàn)這個(gè)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(shí)別X染色體，并鎖定在基因需要表達(dá)的所有地方。

在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)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(fù)序列有特別強(qiáng)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(zhǎng)GA重復(fù)。他們觀察到，隨著GA重復(fù)的增加，CLAMP結(jié)合變得更強(qiáng)。他們發(fā)現(xiàn)，在劑量補(bǔ)償可能啟動(dòng)的位點(diǎn)，這些GA重復(fù)的密度增加。

此外，他們認(rèn)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(jī)制，在進(jìn)化過(guò)程中，簡(jiǎn)單重復(fù)序列的擴(kuò)增通過(guò)這種機(jī)制，增加了CLAMP在 X染色體上的富集，這會(huì)驅(qū)動(dòng)劑量補(bǔ)償?shù)?/span>X特異性。”

性別進(jìn)化

本研究的意義在于，這似乎在進(jìn)化過(guò)程中發(fā)生了多次：X染色體呈現(xiàn)長(zhǎng)但卻簡(jiǎn)單的DNA序列，對(duì)于CLAMP和不同版本MSL鎖定并加倍基因表達(dá)是必要的。這一過(guò)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(shuō)，CLAMP已經(jīng)進(jìn)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(chóng)當(dāng)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(jìn)入X染色體。盡管有一些它可以很容易發(fā)生的機(jī)制。Larschan說(shuō)，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(huì)陷入千篇一律的數(shù)次序列重復(fù)。這樣的錯(cuò)誤并不少見(jiàn)——雖然他們并不總是導(dǎo)致性別的出現(xiàn)。

其他的動(dòng)物呢？人類呢？

這個(gè)過(guò)程似乎不僅僅在昆蟲(chóng)中起作用。Larschan說(shuō)，有證據(jù)表明，它可能也發(fā)生在秀麗隱桿線蟲(chóng)中。她正在跟蹤的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，哺乳動(dòng)物如何完成劑量補(bǔ)償。直到最近，科學(xué)家們認(rèn)為，哺乳動(dòng)物通過(guò)簡(jiǎn)單的沉默一條雌性X來(lái)滿足雄性——而不是增加雄性的X來(lái)滿足雌性，來(lái)實(shí)現(xiàn)性別平等。來(lái)自其他實(shí)驗(yàn)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(dá)都增加。同時(shí)，其他實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)表明，哺乳動(dòng)物的X染色體也有很多的GA重復(fù)。

因此，在這項(xiàng)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?cè)O(shè)計(jì)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(gè)類似的過(guò)程。人類的性別，似乎也依賴于GAGAGAGAGA。

2014年5月，明尼蘇達(dá)大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物的性別決定并非是一勞永逸的，需要關(guān)鍵蛋白進(jìn)行終生維護(hù)。這項(xiàng)新研究通過(guò)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(xì)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(rèn)為所有這些不同背后的本質(zhì)原因隱藏在我們的第23對(duì)染色體——X和Y染色體中，過(guò)去的絕大部分研究都集中在這兩個(gè)基因是怎樣編碼蛋白質(zhì)從而決定性別的。最近，美國(guó)冷泉港實(shí)驗(yàn)室（CSHL）科學(xué)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(guān)鍵作用。