眾所周知，人類(lèi)的性別由性染色體 X 和 Y 決定，XY 為男性，XX 為女性。然而，X染色體上的基因數量遠超 Y 染色體，為了保證兩性基因表達數量的大致相當，女性的兩條 X 染色體中會(huì )有一條隨機失活，這種劑量補償機制是由 X 染色體上的長(cháng)鏈非編碼基因 X-IST 所介導的。
而對于鳥(niǎo)類(lèi)（包括雞），它們的性別由性染色體 Z 和 W 決定，ZW 為雌性，ZZ 為雄性，而 Z 染色體上的基因數量遠超 W 染色體，這導致雄性鳥(niǎo)類(lèi)的基因數量顯著(zhù)多于雌性，然而，鳥(niǎo)類(lèi)的劑量補償程度以及機制，至今仍不清楚。
2025 年 7 月 16 日，德國海德堡大學(xué)、英國愛(ài)丁堡大學(xué)、瑞典烏普薩拉大學(xué)的研究人員在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：A male-essential miRNA is key for avian sex chromosome dosage compensation 的研究論文。
該研究揭示了鳥(niǎo)類(lèi)獨特的性染色體劑量補償機制，其通過(guò)一種 miRNA--miR-2954 來(lái)抑制特定的基因表達，防止雄性鳥(niǎo)類(lèi)中這些基因過(guò)表達，從而確保雄性鳥(niǎo)類(lèi)的存活，而雌性鳥(niǎo)類(lèi)則不需要這種 miRNA。
之前的研究表明，雌性鳥(niǎo)類(lèi)中 Z 染色體的基因轉錄上調不完全，這可能是由于許多基因部分上調或只有部分基因完全上調，從而導致轉錄水平低于祖先常染色體基因的水平。
相比之下，雄性鳥(niǎo)類(lèi)保留了來(lái)自其兩條 Z 染色體的祖先表達水平，這使得它們是否受到任何上調機制的影響仍不清楚。
雌性鳥(niǎo)類(lèi)的性染色體為 ZW，雄性鳥(niǎo)類(lèi)則為 ZZ。其中，W 染色體在進(jìn)化過(guò)程中丟失了大部分基因，這導致雄性鳥(niǎo)類(lèi)基因數量顯著(zhù)多于雌性，而鳥(niǎo)類(lèi)平衡這種基因數量差異的劑量補償機制，目前尚不清楚。
該團隊之前曾發(fā)現一種 Z 染色體連鎖的 miRNA--miR-2954，其主要在雄性鳥(niǎo)類(lèi)中表達，在雄性中國的表達量是雌性的 5-10 倍，而且，miR-2954 的預測靶基因主要是 Z 染色體連鎖的劑量敏感基因，且這些基因在兩性之間的表達比其他 Z 染色體連鎖基因更為平衡，這表明 miR-2954 在鳥(niǎo)類(lèi)的劑量補償中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。
在這項最新研究中，研究團隊基因敲除（KO）雞模型評估了 miR-2954 在體內的功能。并結合進(jìn)化基因組學(xué)分析，以闡明了鳥(niǎo)類(lèi)性染色體劑量補償的機制、程度和重要性。
研究團隊在雞中敲除了 miR-2954，結果顯示，純合型敲除的公雞在胚胎早期就會(huì )死亡。這種死亡可能是因為 miR-2954 敲除后導致原本被其抑制的劑量敏感的 Z 染色體連鎖的靶基因表達特異性上調。進(jìn)化基因表達分析進(jìn)一步發(fā)現，這些劑量敏感的靶基因在母雞的單條 Z 染色體上經(jīng)歷了轉錄層面和翻譯層面的雙重上調。
因此，這項研究表明，W 染色體上基因丟失后的進(jìn)化壓力，驅動(dòng)了雌性鳥(niǎo)類(lèi)中劑量敏感的 Z 染色體連鎖基因的轉錄和翻譯上調，同時(shí)也促使這些基因在雄性鳥(niǎo)類(lèi)中發(fā)生轉錄上調。由此導致雄性鳥(niǎo)類(lèi)中兩個(gè)上調的劑量敏感的 Z 染色體連鎖基因拷貝共同作用，產(chǎn)生過(guò)量的轉錄本。而在鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)化過(guò)程中，這些過(guò)量的轉錄本被 miR-2954 介導的高度靶向性轉錄本降解機制所抵消。
總的來(lái)說(shuō)，該研究發(fā)現了一種獨特的鳥(niǎo)類(lèi)性染色體劑量補償系統--通過(guò)這一系統，一個(gè) miRNA--miR-2954 成為雄性鳥(niǎo)類(lèi)存活的必需因子。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09256-9
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