物種中雄性和雌性之間的物理差異很常見，但仍然需要了解這些差異背后的遺傳機(jī)制。印第安納大學(xué)科學(xué)家的新研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)這些差異的“主基因”在將正確的身體特征與正確的性別相匹配方面起著復(fù)雜的作用。這項(xiàng)研究于2月27日發(fā)表在Nature Communications雜志上，揭示了有關(guān)該基因行為的新細(xì)節(jié)，稱為“doublesex”或dsx。

“我們想要更多地了解這個(gè)基因，因?yàn)樗兄谖覀兓卮痍P(guān)于發(fā)育和進(jìn)化的一個(gè)主要問(wèn)題：具有相似基因組的動(dòng)物 - 如同一物種的雄性和雌性 - 如何產(chǎn)生相同性狀的不同版本?為什么呢?一些特征，如吸引配偶的裝飾性特征，變化如此廣泛，而其他特征，如腿，不是嗎?“ CrisLedón-Rettig 是IU布盧明頓藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物系博士后研究員，他領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

該研究具有重要意義，因?yàn)樗堑谝粋€(gè)研究dsx在整個(gè)基因組中的作用的研究。它發(fā)現(xiàn)該基因不僅僅是一個(gè)“轉(zhuǎn)換”，可以關(guān)閉女性的某些男性特征，正如之前所認(rèn)為的那樣。相反，它在控制基于性別的基因組中不同點(diǎn)的物理差異表達(dá)中起著非常復(fù)雜的作用。

該論文的共同主要作者是生物系博士后研究員Eduardo Zattara。資深作者是該部門的教授Armin Moczek。

Ledón-Rettig說(shuō)，dsx對(duì)男性和女性特征的細(xì)粒度控制是可能的，因?yàn)樵摶蛞愿鞣N各樣的方式起作用。例如，通過(guò)激活雄性和雌性中的不同基因，它可以促進(jìn)相同性狀的男性或女性形式，例如生殖器。或者，通過(guò)激活雄性中的相同基因，同時(shí)在雌性中抑制它們，它可以促進(jìn)相反的性狀。

“防止女性表達(dá)男性特征的能力，反之亦然，是一個(gè)關(guān)鍵特征，”Moczek說(shuō)。“它可以緩解只使一個(gè)性別的成員對(duì)另一個(gè)成員造成傷害的特征。”

例如，在IU研究人員用于研究dsx的物種中，甲殼類動(dòng)物金牛座 -雌性擁有精心制作的角，以對(duì)抗女性的對(duì)手。這些角不會(huì)為雌性提供類似的生殖優(yōu)勢(shì)，但是大角會(huì)干擾它們挖掘用于筑巢后代的隧道的能力。

鳥類也存在類似的動(dòng)態(tài)。較高的睪酮由于更大的攻擊性而在雄性鳥類中吸引更多的配偶，但是在雌性中降低了母體的本能。

這兩個(gè)例子都強(qiáng)調(diào)了自然選擇之間可能存在的緊張關(guān)系，自然選擇有利于促進(jìn)物種生存的特征，有性選擇有利于吸引配偶的特征。如果一個(gè)物種缺乏這種“緩沖”雄性和雌性性狀的能力，它就會(huì)滅絕。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，IU科學(xué)家將正常甲蟲中表達(dá)的基因與dsx被抑制的基因表達(dá)的甲蟲進(jìn)行了比較。比較顯示正常甲蟲中基因組上超過(guò)1,000個(gè)點(diǎn)，其中dsx影響雄性中的基因表達(dá)，并且超過(guò)250個(gè)點(diǎn)影響雌性中的基因表達(dá)。

重要的是，Ledón-Rettig說(shuō)，這些點(diǎn)中的大多數(shù)并沒(méi)有重疊。這表明dsx并不是簡(jiǎn)單地將某些基因“開啟”或“關(guān)閉”用于研究的大多數(shù)性狀，而是基于性別影響基因組中不同位置的基因表達(dá)。

“從本質(zhì)上講，dsx通過(guò)影響每個(gè)性別中的不同基因來(lái)指導(dǎo)同一性狀的男性和女性版本的發(fā)展，”她說(shuō)。

當(dāng)他們研究dsx對(duì)大腦的影響時(shí)就是這種情況，大腦調(diào)節(jié)性別特異性行為，生殖器用于繁殖。但是對(duì)于一個(gè)特征頭 - 研究顯示，dsx有時(shí)會(huì)針對(duì)兩性中完全相同的基因。在這種情況下，dsx以相反的方向調(diào)節(jié)基因，產(chǎn)生完全有角的雄性和完全無(wú)角的雌性。當(dāng)科學(xué)家禁用dsx時(shí)，兩性都發(fā)展出相似大小的中間角。

食道金牛座是少數(shù)幾種可以進(jìn)行全基因組分析的昆蟲物種之一，因?yàn)樗鼈兊幕蚪M已經(jīng)被i5k項(xiàng)目測(cè)序，即“曼哈頓昆蟲學(xué)項(xiàng)目”，這項(xiàng)大規(guī)模的努力得到了美國(guó)食品部的支持。旨在轉(zhuǎn)錄5,000種昆蟲和其他節(jié)肢動(dòng)物的基因組的農(nóng)業(yè)。

該物種的遺傳測(cè)序是通過(guò)該項(xiàng)目利用IU的Moczek實(shí)驗(yàn)室提供的昆蟲進(jìn)行的，該實(shí)驗(yàn)室率先利用昆蟲研究進(jìn)化的基本原理。Ledón-Rettig和Zattara是Moczek實(shí)驗(yàn)室的成員。

“我們渴望將我們?cè)赿sx和其他基因的作用上的工作擴(kuò)展到與其他密切相關(guān)的甲蟲物種之間的性別差異，”Ledón-Rettig說(shuō)。“這些甲蟲實(shí)際上是一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)，可以揭示構(gòu)成跨物種性特征進(jìn)化多樣化的基本機(jī)制。”