海龟的性染色体有何不同？

原产于北美的淡水海龟——刺鳖（Apalone spinifera）。

近日，美国爱荷华州立大学的科学家们在《英国皇家学会哲学学报B》杂志上发表论文称，通过研究一种原产于北美的淡水软壳海龟——刺鳖（Apalone spinifera），他们发现了生物体解决性染色体不平衡的机制——性染色体剂量补偿（SCDC）机制。

许多生物的性别由性染色体决定，匹配的性染色体会产生一种性别，不匹配的性染色体则会产生另一性别。例如，对人类而言，两个X染色体产生女性，X和Y染色体则产生男性。染色体包含着生产必需蛋白质的遗传密码，雄性个体只携带一个X染色体，因此可能会导致蛋白质生产失衡。

为了研究生物体如何解决这个问题，科学家们针对刺鳖展开了调查，它是最大的淡水龟之一，居住在北美地区。SCDC对性染色体不匹配的个体起作用。在这项研究中，刺鳖的性染色体为Z和W，ZW产生雌性，ZZ则产生雄性。Z与W染色体的不匹配意味着雌性刺鳖缺少第二个Z染色体副本，进而导致产生的蛋白质数量减少。这种基因拷贝数量的不平衡可能导致发育、生理或其他疾病。但SCDC能够上调或增加单个Z染色体中基因的蛋白质生产水平。论文第一作者Nicole Valenzuela说：“这些过程对许多其他生物体也有进化和健康方面的影响。”

在新研究中，Valenzuela等人在刺鳖发育的不同阶段取样（包括胚胎、幼仔和成龟），并分析了各种组织，以确定哪些基因被激活。随后，他们又比较了性染色体和常染色体的基因活动。结果显示，温度会显著影响刺鳖的SCDC过程。

在之前的研究中，Valenzuela曾探索了温度依赖的性别决定（TSD），即对缺乏性染色体的物种来说，环境温度决定着胚胎会发育成雄性还是雌性。但由于刺鳖失去了TSD系统，它们SCDC中的热敏感性令人惊讶，而且刺鳖进行SCDC的方式也不同寻常且非常复杂。

在胚胎早期发育过程中，雌雄刺鳖的Z染色体活性增加了一倍，修复了ZW雌龟的表达失衡（两倍的Z染色体表达与常染色体表达相匹配），但这却在雄龟中造成了不平衡（四倍的Z染色体表达为常染色体表达的两倍）。但在胚胎后期，雄龟Z染色体的表达减少，而且这种影响在较低的孵育温度下更加明显。

这一发现或许有助于阐明许多物种的重要进化过程，并帮助我们理解SCDC失调如何引发疾病。

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编译：花花 审稿：西莫  责编：陈之涵

期刊来源：《英国皇家学会哲学学报B》

期刊编号：0080-4622

原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/isu-ns072321.php

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