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男女遗传差异竟然和男人与雄性黑猩猩的差异一样大
来源: 【募格首译】 阅读次数: 【】 发布日期:【2015-08-24】

图片来源:Willard Flickr, CC BY
 
男女性别差异和性倾向一直是个老生常谈的话题,那么是什么导致男女之间表现出这些差异的呢?是遗传因素,环境因素,还是两者兼有呢?这些差异是细微的还是显著的呢?有些人认为,男性的遗传基因比女性更接近黑猩猩。还有人则认为男女性别差异仅仅是由Y染色体上单一的SRY基因决定的。然而事实上,男女之间以及人与黑猩猩之间的差异关键不在于他们各自的基因数目有何不同,而在于这些基因到底有什么作用。
 
首先涨涨“姿势”
 
下面先解释一下基因和染色体。基因又称为遗传因子,是具有遗传效应的DNA 片段。每一个哺乳动物(确切说是所有脊椎动物)体内大约有20000个基因。每一个基因都是一段短链DNA,其碱基序列首先被转录成RNA,然后再转化为蛋白质。这些基因线性排列在约一米长的DNA链(基因组)上,这在细胞中相当于被切成更小的片段,卷曲形成我们在显微镜下观察到的各自分离的染色体。人与人之间基因的碱基序列只有细微的差异,而在不同的物种之间却非常显著。
 
染色体是细胞核中载有遗传信息(基因)的物质,主要由DNA和蛋白质组成。正常情况下,人体每个细胞内有23对染色体,包括22对常染色体和1对性染色体。女性细胞内的染色体对为XX,男性则为XY,其中X染色体来自母亲,特有的Y染色体来自父亲。这些染色体的组合差异就决定了男女间的性别和遗传差异。
 
在人类约20000个基因中,X染色体约有1000多个基因,但Y染色体上只有45个,并且还都是在原始的普通双染色体分化为X和Y染色体的过程中存留下来的。SRY基因是男性的性别决定基因,是Y染色体上具体决定男性性别的基因片段。然而,Y染色体并不都是男性特有的。在靠近Y染色体顶部的24个基因也存在于X染色体上,它们不太可能造成性别差异。
 
性别差异与Y染色体的关系
 
在1.5亿年的进化史中,Y染色体失去了大部分基因,然而仍有一部分基因位于Y染色体上,但它们在突变的过程中已经严重受损,因此我们在研究性别遗传差异时没有考虑失活假基因的影响。事实上,在Y染色体上男性特有区域中只有27个有活性的蛋白质编码基因,尽管有几个基因存在多个副本(大多数是无活性
的)。这27个活性基因并不都与性别差异有关,因为其中至少有17个基因在X染色体上存在拷贝,发挥着它们原始的功能。只有三个基因具有男性特有的属性,如制造精子。其余十个人类Y染色体基因在X染色体上没有拷贝,它们是男性特有的,所以可以造成性别遗传差异。因此,男性拥有且在女性中完全不存在的基因的总数可能低至13(不大于27,人类共有20000个基因)。这一比例显然小于男性和雄性黑猩猩的4%的基因差异。
 
Y染色体上的“垃圾DNA”
 
Y染色体上的许多DNA不编码蛋白质,被视为垃圾序列,这些序列是古老病毒遗留下来的并重复拷贝多次。然而隐藏在这些垃圾DNA中的一些序列,能被转录为长链RNA,只是不会转化成蛋白质。
 
人类已经越来越多地鉴别出这些非编码基因,其中一些在所有脊椎动物中都存在,并且可能有一定的功能。Y染色体上至少有一些非编码基因在性别分化相关的基因调节中发挥着重要作用,尽管这还没有被证明。更有趣的是新的证据表明在公牛Y染色体上的垃圾DNA序列能提高Y染色体精子的比例,有利于繁殖雄性牛犊。当这些序列被调整,X染色体精子的比例就会增加,有利于繁殖雌性牛犊。这表明,X染色体也有一些优先进入精子的“技巧”。在每一个哺乳动物的基因组中,似乎有一个基因参与的军备竞赛一般的“性别拮抗(sexually antagonistic)”。自然状态下有许多性别拮抗基因,可能包括影响性取向的“同性恋基因”。
 
X染色体基因和性别差异
 
男女基因组之间还有一个很少被认可的差异,那就是X染色体上的1000多个的蛋白质编码基因的拷贝数不同,女性有2份拷贝,但男性只有一份。由于存在补偿机制,即由于女性整条X染色体的基因沉默,X染色体基因的剂量差异被忽视了。我们熟知的X染色体失活机制导致胚胎细胞的其中一条X染色体发生基因沉默,并且可以传递到成年个体的各种细胞中。这种“表观遗传”基因沉默并不能改变基因的碱基序列。但它改变了基因序列与其他分子的结合方式,可以使得DNA不能被转录为mRNA,因此不产生蛋白质产物。
 
但现在我们知道,有超过150个基因能在人类X染色体失活过程中“逃过一劫”(在老鼠X染色体失活过程中就不能“逃过此劫”)。在不受性别支配时,X染色体的数目对基本代谢途径,如脂肪和碳水化合物的合成,有显著的影响。这可能是许多疾病易感性的性别差异的基础,例如有2个X染色体的老鼠比只有一个X染色体的老鼠更肥胖,即使X染色体已经改变而且使得老鼠发育为雄性。这150个X染色体“逃犯”基因使得雄性特有的和在两性之间剂量不同的基因数目达到163个。 
 

图片来源:International Fund for Animal Welfare Animal Rescue Blog/Flickr, CC BY
 
这些不同基因的作用
 
人们会单纯认为这163个基因都有同一水平的影响力。有些蛋白质编码对生命,或者对性至关重要,其他的可能只有轻微的,或根本无法辨别的作用。事实上,在这163个基因中至少有一些可以产生显著的效应。例如,决定男性的SRY基因在睾丸或卵巢的发育过程中,可以级联启动男性胚胎中数十个基因表达,或关闭女性胚胎中的数十个基因。这些被SRY基因启动表达的基因中的大多数都不在性染色体上,它们都存在于两性中。但它们在两性中,或在不同程度上,或在不同的时间内,或在不同的组织中被启动表达。这样计算,两性之间的基因组差异至少增加了1%。更重要的是,SRY基因的下游效应比单纯决定睾丸发育的效应更加显著。由胚胎睾丸合成的雄性激素,如睾丸激素,对胎儿发育产生广泛的影响。雄激素可以启动决定男性生殖器发育,男性生长,头发形成,声音以及行为要素的数百(也许数千)个基因的表达。如果我们计算这些,我们就可知道20000个人类基因中有近800个具有两性差异,这一比例接近了男性和雄性黑猩猩4%的基因差异。
 
人类和黑猩猩的基因差异
 
这个常被引用的差异值是基于整个基因组计算出来的平均值,在有差异的基因中只有少数的基因是编码蛋白质的。人类和黑猩猩之间的明显遗传差异,如毛发甚至言语的差异,也可能是由一个或几个基因的微小改变造成的。基因表达时间的差异,或轻微的基因调节的差异,可能会对生长发育产生巨大的影响。人类一直单纯地假定男女之间没有显著的遗传学和表观遗传学上的差异。但我们不打算仅仅通过计算基因差异来解答与影响显著的生物学差异有关的问题。这些基因的调节方式以及它们的下游效应就是使得人类和黑猩猩、男人和女人产生遗传差异的的根源。(募格首译,AJ Chen)

原文网址:https://theconversation.com/differences-between-men-and-women-are-more-than-the-sum-of-their-genes-39490

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