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研究揭示了强大的主基因如何调节性别之间的身体差异

2019-01-03 10:20:25 • 来源：

物种中雄性和雌性之间的物理差异很常见，但仍然需要了解这些差异背后的遗传机制。印第安纳大学科学家的新研究发现，调节这些差异的“主基因”在将正确的身体特征与正确的性别相匹配方面起着复杂的作用。这项研究于2月27日发表在Nature Communications杂志上，揭示了有关该基因行为的新细节，称为“doublesex”或dsx。

研究揭示了强大的主基因如何调节性别之间的身体差异

“我们想要更多地了解这个基因，因为它有助于我们回答关于发育和进化的一个主要问题：具有相似基因组的动物 - 如同一物种的雄性和雌性 - 如何产生相同性状的不同版本?为什么呢?一些特征，如吸引配偶的装饰性特征，变化如此广泛，而其他特征，如腿，不是吗?“ CrisLedón-Rettig 是IU布卢明顿艺术与科学学院生物系博士后研究员，他领导了这项研究。

该研究具有重要意义，因为它是第一个研究dsx在整个基因组中的作用的研究。它发现该基因不仅仅是一个“转换”，可以关闭女性的某些男性特征，正如之前所认为的那样。相反，它在控制基于性别的基因组中不同点的物理差异表达中起着非常复杂的作用。

该论文的共同主要作者是生物系博士后研究员Eduardo Zattara。资深作者是该部门的教授Armin Moczek。

Ledón-Rettig说，dsx对男性和女性特征的细粒度控制是可能的，因为该基因以各种各样的方式起作用。例如，通过激活雄性和雌性中的不同基因，它可以促进相同性状的男性或女性形式，例如生殖器。或者，通过激活雄性中的相同基因，同时在雌性中抑制它们，它可以促进相反的性状。

“防止女性表达男性特征的能力，反之亦然，是一个关键特征，”Moczek说。“它可以缓解只使一个性别的成员对另一个成员造成伤害的特征。”

例如，在IU研究人员用于研究dsx的物种中，甲壳类动物金牛座 -雌性拥有精心制作的角，以对抗女性的对手。这些角不会为雌性提供类似的生殖优势，但是大角会干扰它们挖掘用于筑巢后代的隧道的能力。

鸟类也存在类似的动态。较高的睾酮由于更大的攻击性而在雄性鸟类中吸引更多的配偶，但是在雌性中降低了母体的本能。

这两个例子都强调了自然选择之间可能存在的紧张关系，自然选择有利于促进物种生存的特征，有性选择有利于吸引配偶的特征。如果一个物种缺乏这种“缓冲”雄性和雌性性状的能力，它就会灭绝。

为了进行这项研究，IU科学家将正常甲虫中表达的基因与dsx被抑制的基因表达的甲虫进行了比较。比较显示正常甲虫中基因组上超过1,000个点，其中dsx影响雄性中的基因表达，并且超过250个点影响雌性中的基因表达。

重要的是，Ledón-Rettig说，这些点中的大多数并没有重叠。这表明dsx并不是简单地将某些基因“开启”或“关闭”用于研究的大多数性状，而是基于性别影响基因组中不同位置的基因表达。

“从本质上讲，dsx通过影响每个性别中的不同基因来指导同一性状的男性和女性版本的发展，”她说。

当他们研究dsx对大脑的影响时就是这种情况，大脑调节性别特异性行为，生殖器用于繁殖。但是对于一个特征头 - 研究显示，dsx有时会针对两性中完全相同的基因。在这种情况下，dsx以相反的方向调节基因，产生完全有角的雄性和完全无角的雌性。当科学家禁用dsx时，两性都发展出相似大小的中间角。

食道金牛座是少数几种可以进行全基因组分析的昆虫物种之一，因为它们的基因组已经被i5k项目测序，即“曼哈顿昆虫学项目”，这项大规模的努力得到了美国食品部的支持。旨在转录5,000种昆虫和其他节肢动物的基因组的农业。

该物种的遗传测序是通过该项目利用IU的Moczek实验室提供的昆虫进行的，该实验室率先利用昆虫研究进化的基本原理。Ledón-Rettig和Zattara是Moczek实验室的成员。

“我们渴望将我们在dsx和其他基因的作用上的工作扩展到与其他密切相关的甲虫物种之间的性别差异，”Ledón-Rettig说。“这些甲虫实际上是一个强大的平台，可以揭示构成跨物种性特征进化多样化的基本机制。”

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