Nature封面：兩篇文章解讀至關重要的Y染色體

　　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。