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Science重磅:少了这段DNA,竟能轻松变性?!

药明康德/报道

在今日最新出版的《科学》杂志上,一支跨国团队带来了一项重量级的研究。他们发现在不改变基因的前提下,缺少一段DNA,竟会让小鼠发生“性别转换”,从雄性变成雌性。

中学生物课本告诉我们,染色体决定了我们的性别,男性的XY染色体各有一条,而女性则有两条X染色体。对基因的认识,则从分子生物学的角度提供了解释:原来,Y染色体上有一条叫做Sry的基因,它能直接影响控制性别的关键蛋白SOX9。在SOX9的作用下,动物会发育出雄性生殖器官。而没有Y染色体的动物,则会发育出雌性生殖器官。

利用这些知识,早在近30年前,科学家们就完成了对小鼠的“性转”。他们在一只雌性小鼠(XX染色体)的发育过程中,引入了Sry基因。尽管从遗传学上看它是雌性,但最终,这只小鼠却发育成了雄性。

而在今天的这篇《科学》论文中,科学家们表明,我们不用改变基因,只要删除一个小小的DNA片段,小鼠就会从雄性变雌性。这听起来就有些奇妙了。

▲这两只小鼠,一只是XY染色体,一只是XX染色体,但都发育成了雌性(图片来源:Greta Keenan,FrancisCrick Institute)

原来在我们的基因组里,真正的基因片段少之又少,只有约2%。在得到这个结论后,当时的科学家们也吃了一惊。他们无法解释剩下98%的基因组的作用,只能简单粗暴地把它们叫做“垃圾DNA”。

但十多年来的研究发现,人类过去的认知实在是有些肤浅了。这些垃圾DNA非但不是垃圾,反而对生物体有着重要的作用。譬如,它们就可以调节重要的生物学通路。

再回到控制性别的关键蛋白SOX9。先前,人们发现它的表达受到了其他因素的调控。比如缺少一些调控元件的小鼠,体内的SOX9表达水平会锐减45%。为了寻找SOX9的其他调控元件,科学家们进行了系统性的筛选。

在诸多候选者里,科学家们将注意力集中在了一个叫做增强子13(Enh13)的DNA小片段上。它只有557个碱基那么长,却在哺乳动物中高度保守。一旦它失去活性,小鼠体内的SOX9就下降到了极低的水平。当研究人员用基因编辑的方法删除这个增强子后,他们观察到了神奇的现象:带有XY染色体的“雄性”小鼠,竟然发育出了完整的卵巢、输卵管、以及子宫。

▲缺少Enh13的雄性小鼠发育成了雌性(图片来源:《科学》)

“我们首次表明,不改变基因,而是改变非编码区的DNA,可以实现性别反转!”该研究的通讯作者Robin-LovellBadge教授说道:“我们认为Enh13可能与人类性别发育疾病相关,因此有望帮助诊断一些病例。”

“一般来说,基因表达受多个增强子的共同影响,没有哪个单独的增强子会有巨大的效果,”该研究的第一作者Nitzan Gonen博士说道:“我们在研究中找到了四个增强子,但我们感到非常惊讶的是,单个增强子就能控制诸如性别这样极为重要的事件。”

几十年来,研究人员们找到了许多性别发育异常的案例,却很少能找到这些异常背后的原因。如今,这项研究能让我们从全新的角度,了解性别发育的异常。此外,这项研究还提醒我们,垃圾DNA并不垃圾。在98%的基因组里,还蕴藏着大量宝藏等着我们去发现和挖掘。

点击“阅读原文”,即可访问原始论文页面。

参考资料:

[1] Sex reversal following deletion of a single distalenhancerofSox9

[2] Non-coding DNAchangesthe genitals you’re born with

[3] Non-codingDNAchangessex determination

via 中国试验动物学会
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