性别差异在鸟的世界中一直存在。一项新的研究表明，与人类不同，雄鸟比雌鸟获得更多的特殊性别染色体后，鸟类并不会对此作出补偿。在此前提下，雄鸟所表达的性别基因往往比雌鸟多40%——生物学家曾认为这种不平衡现象可能是致命的。
提到X染色体，就不得不说说人类的男性。面对人类的X染色体和Y染色体，男性继承了来自母亲的两个X染色体中的一半基因。在这一过程中，哺乳动物雌性个体的两条染色体有一条失活，以保持雌雄个体基因产物的剂量平衡，这种现象就是所谓的剂量补偿。其他动物，例如苍蝇和线虫也采用了类似的策略。而之前的研究表明，鸟类——雄性具有两个Z染色体，雌性具有Z染色体和W染色体——可能并不是按照这一原则进化的。但是导致这一结果的原因一直众说纷纭、没有定论。
如今，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的一个研究小组通过一次偶然的机遇解决了这一谜题。当生理学家Arthur Arnold和同事取得这一研究成果时，他们正在分析鸣鸟两性间大脑差异的遗传基础——与雌鸟相比，与Z染色体相关的基因在雄鸟中的表达要高出很多。因此，Arnold的研究小组决定继续深入开展研究。
利用名为微阵列的基因芯片，研究人员比较了斑胸草雀、鸡、小鼠和人类的性别染色体基因表达。与预期的一样，哺乳动物在X染色体基因的表达上并没有太大的性别差异。而与此相反，雄斑胸草雀和公鸡的Z染色体基因表达水平都比其在雌性中的表达高40%。研究小组在3月22日出版的《生物学杂志》（Journal of Biology）上报告了这一研究成果。Arnold指出，尽管如此，某些Z染色体基因还是在雄性与雌性之间表现出了较小的差异，这意味着鸟类的剂量补偿采取了一个较为适度的形式。但是他说，这可能是一种选择的过程，因为仅仅影响“Z染色体基因很可能会造成大麻烦”。
哥伦比亚市密苏里大学的生物学家James Birchler表示，这一发现令人惊讶，这是由于Z染色体由7%到10%的鸟类基因组构成。Birchler说：“人们不禁会想，这样大规模的没有得到补偿的基因可能是有害的。”然而显然在鸟类中并没有出现这种情况。他同时强调，由于ZW染色体系统的进化早于XY染色体系统，因此这一研究结果对于搞清剂量补偿的进化提供了重要线索。
部分英文原文：
( 生物谷配图)
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Dosage compensation is less effective in birds than in mammals
Yuichiro Itoh* 1 , Esther Melamed* 1 , Xia Yang2 , Kathy Kampf1 , Susanna Wang2 , Nadir Yehya2 , Atila Van Nas2 , Kirstin Replogle3 , Mark R Band4 , David F Clayton3 , Eric E Schadt5 , Aldons J Lusis2 and Arthur P Arnold1
1Department of Physiological Science, University of California, Los Angeles, CA 90095, USA
2Department of Medicine, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, CA 90095, USA
3Department of Cell and Developmental Biology, University of Illinois, Urbana, IL 61801, USA
4W.M. Keck Center for Comparative and Functional Genomics, University of Illinois, Urbana, IL 61801, USA
5Rosetta Inpharmatics, Seattle, WA 98034, USA
Journal of Biology 2007, 6:2 doi:10.1186/jbiol53
Abstract
Background
In animals with heteromorphic sex chromosomes, dosage compensation of sex-chromosome genes is thought to be critical for species survival. Diverse molecular mechanisms have evolved to effectively balance the expressed dose of X-linked genes between XX and XY animals, and to balance expression of X and autosomal genes. Dosage compensation is not understood in birds, in which females (ZW) and males (ZZ) differ in the number of Z chromosomes.
Results
Using microarray analysis, we compared the male:female ratio of expression of sets of Z-linked and autosomal genes in two bird species, zebra finch and chicken, and in two mammalian species, mouse and human. Male:female ratios of expression were significantly higher for Z genes than for autosomal genes in several finch and chicken tissues. In contrast, in mouse and human the male:female ratio of expression of X-linked genes is quite similar to that of autosomal genes, indicating effective dosage compensation even in humans, in which a significant percentage of genes escape X-inactivation.
Conclusion
Birds represent an unprecedented case in which genes on one sex chromosome are expressed on average at constitutively higher levels in one sex compared with the other. Sex-chromosome dosage compensation is surprisingly ineffective in birds, suggesting that some genomes can do without effective sex-specific sex-chromosome dosage compensation mechanisms.
