大家似乎都在說，現(xiàn)在的年沒有年味兒，春晚的語言類節(jié)目不夠搞笑。重溫古早時期的小品讓筆者在快樂之余忍不住思考一些有意思的科學問題，2003年趙本山小品《心病》里為了給范偉治療心病，提出了生命起源的思考，給范偉的心病雪上加霜，這句經(jīng)典的“大夫，我不想知道我是怎么來的，我就想知道我是怎么沒的”在當年春晚之后傳遍大江南北。對啊，我們經(jīng)常會思考，很多東西是怎么來的，但是在進化上很多看起來也很重要的東西進化著進化著就沒了，比如X染色體失活形成巴氏小體、比如Y染色體退化、再比如人體上很多毛發(fā)保留著但又有一些部位的毛發(fā)丟失了等等。我們會因為它們在進化上的作用提出合理的解釋，但真正丟失和退化的原因是不得而知的。 Y染色體在遺傳上是退化的，失去了它們祖先中存在的大部分活性基因。關于Y染色體退化主要有四種主要理論:穆勒棘輪理論、背景選擇理論、弱選擇的希爾羅伯遜效應和有利突變對有害等位基因的“搭便車”效應【1】。那么Y染色體退化究竟是怎么實現(xiàn)的呢？為了揭開這一問題的答案，法國蒙彼利埃大學Thomas Lenormand研究組在Science發(fā)文題為Y recombination arrest and degeneration in the absence of sexual dimorphism，為Y染色體停滯以及退化過程提出了新的見解。
目前關于Y染色體退化的理論是一個三步走戰(zhàn)略，首先Y染色體重組過程被阻滯，將與雄性有關的等位基因與Y染色體連接起來；隨后Y染色體變性，在沒有重組的情況下進化的選擇失效；最后劑量補償效應，糾正由此導致的的雄性X染色體連鎖基因表達量較低的狀況，這些過程驅(qū)動性別二態(tài)性的進化。在第二步中重組的阻滯的確實會造成自然選擇干擾，從而降低了自然選擇的有效性，導致Y染色體上有害突變的積累和遺傳退化【1】。在過去的五十年時間里，大家一直試圖從理論與實驗雙方面對Y染色體退化的具體機制進行探究。
為了對這一問題探究，作者設計了一個性染色體進化模型，其中包括了基因表達的順式和反式調(diào)控的共同進化（圖1）。該模型中保持雄性和雌性的對稱，每個基因的表達水平都有基因表達調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，每個基因兩個拷貝的相對表達決定了編碼基因中發(fā)生有害突變的顯性水平。同時，作者假設染色體上可能會發(fā)生各種各樣的倒轉(zhuǎn)，且Y染色體上的倒轉(zhuǎn)可能會被恢復。當出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)后，會凍結(jié)Y染色體上的一個片段；如果碰巧出現(xiàn)出現(xiàn)較少或者較為溫和的有害突變，則這種選擇性則有可能的被逆轉(zhuǎn)。但一旦這種倒轉(zhuǎn)被固定，Y染色體上便開始積累有害物質(zhì)。
圖1 性染色體進化模型
當Y染色體上調(diào)控序列發(fā)生倒置和進化時，出現(xiàn)一個正反饋循環(huán)，也就是倒轉(zhuǎn)基因固定在Y染色體上，然后Y染色體重組停滯，X和Y順式調(diào)控基因就開始獨立進化，導致Y染色體上連鎖的等位基因快速退化，從而積累更多的有害突變。而且新生劑量補償引起的性拮抗作用保護分化的染色體倒轉(zhuǎn)不可逆轉(zhuǎn)，從而確保Y染色體退化過程的進行?；虮磉_劑量補償?shù)倪x擇促進了劑量補償效應的進化，保護了Y染色體退化過程中基因表達穩(wěn)定。作者們所提出理論與前人不同的是，前人的理論認為性別二態(tài)性驅(qū)動基因表達的劑量補償效應，而作者們認為這一過程本質(zhì)上是隨機的，并不是因為性別二態(tài)性的進化方向更為有利而存在選擇壓力導致Y染色體退化。
圖2 工作模型：Y染色體退化的四步走戰(zhàn)略
總得來說，該文章通過計算所建立的模型和理論可以解釋性染色體中不重組區(qū)域的快速擴張、變性和劑量補償現(xiàn)象，該過程是一個隨機過程，并不需要預先存在有利于性二態(tài)性的選擇壓力。該四步走戰(zhàn)略從染色體倒轉(zhuǎn)被固定開始，隨后兩種性染色體基因表達調(diào)控出現(xiàn)分析，而后Y染色體開始退化早期的劑量補償效應快速跟上，中間步驟循環(huán)往復進行，形成一個正反饋循環(huán)，直到最終Y染色體退化、基因沉默以及劑量補償效應維持性別決定系統(tǒng)的穩(wěn)定（圖2）。
由于該工作對于性別進化實現(xiàn)了新的理論突破，同期刊發(fā)了評論文章題為A new model of sex chromosome evolution，向經(jīng)典的Y染色體退化理論提出挑戰(zhàn)。新的理論認為的基礎是基因調(diào)控使得雄性相關基因表達降低，從而導致有害突變的累積，而非由于重組停滯導致突變累積然后促進基因表達的降低（圖3）。孰是孰非，看來得讓子彈飛一會兒。
圖3 經(jīng)典模型與該工作中新模型的對比
參考文獻
