BMC Biology上 揭曉男性和女性經歷的不同而又互相聯繫的演化歷程
2024-06-20 07:16:06
這項研究來自以色列魏茨曼科學研究所。研究人員發現，數千個能夠編碼蛋白質的基因的表達情況在兩性之間存在差別。這些基因中的有害突變傾向於在人群中積累，而且具有較高的基因頻率，同時該研究也解釋了出現這種現象的原因。這些基因的基因圖譜已經發表在BMC Biology上，它進一步說明了男性和女性經歷了不同而又互相聯繫的演化歷程。
幾年前，魏茨曼科學研究所分子遺傳所的Shmuel Pietrokovski 教授和Moran Gershoni博士意識到，人類某些特定疾病的發病率普遍較高，這引起了他們的關注。一個典型案例是，在希望生育的夫婦中，大約15%被診斷為不孕不育，這一數據說明導致生育能力降低的突變相當普遍。
但這種現象同我們的常識相違背——這類減少後代數量，進而影響存活個體數的突變，應該在自然選擇過程中很快被淘汰掉，但為什麼這種疾病的患病率依然如此之高呢?。
尋找漏網之魚
Pietrokovski和Gershoni發現，那些特定影響精子形成的基因突變能夠保留下來的原因是，這些基因僅僅在男性中表達。當一個突變只能影響種群中的一半個體，那麼無論危害多大，它都能夠通過另一半個體暢通無阻傳遞給下一代。
在目前的研究中，研究人員擴大了他們分析的範圍，不僅局限在生殖所必需的基因中，而是在兩性間表達不相同的基因。為了確定這些基因，研究人員將眼光放在了GTEx(Genotype-Tissue Expression)項目上，該項目擁有一座人類基因表達的資料庫，這些基因表達數據來自近550名成年捐贈者提供的器官和組織樣本。該項目使得我們第一次繪製兩性之間具有差異表達的基因的基因圖譜。
Pietrokovski和Gershoni分析了大約兩萬個編碼蛋白的基因，按照性別將它們分類，以找出那些存在差異表達的基因。他們最終發現，大約6500個基因的表達活性與性別有關，它們至少在人體某一個組織中存在差異。例如，一些基因在男性皮膚中的表達量要高於女性，，這些基因與體毛的生長有關。同樣，有關肌肉生長的基因在男性中表達量更高，而與脂肪儲藏有關的基因則在女性中表達量更高。
隨後，研究人員關注了這些突變積累的傾向。他們希望揭示，自然選擇是否會給這些特定的基因較大或是較小的選擇壓力。也就是說，這些有害突變會多大程度上被淘汰掉，或是在種群中保留下來?事實上，研究人員發現在這類基因中，選擇的效率要低些。「越是在單個性別中所特有的基因，承受的自然選擇壓力也就越小。另一個差異是：在男性之中，自然選擇的程度更低。」Gershoni說。
儘管研究人員尚未給這種差異一個完備的解釋，但是他們表示，20世紀30年代提出的性別演化理論指出：「在很多物種中，雌性能產生的後代數量十分有限，而雄性可以產生的後代在理論上卻要多得多。因此，物種中存活個體的數量更依賴於能夠生育的雌性的數量而不是雄性。」Pietrokovski解釋道：「因此自然選擇會對這些基因放鬆警惕，讓那些只對雄性有害的基因成為漏網之魚。
其他表達差異
除了生殖器官外，研究人員發現在乳腺中存在一些與性別相關的基因。這本並不出人意料，但令人驚奇的是，這些基因中大約一半都在男性中表達。由於男性的乳腺「設備齊全」但是基本上不發揮作用，因此研究人員推測這些基因可能與抑制泌乳有關。
另一些基因差異表達的場所則有些出人意料。一些基因僅僅在女性的左心室中表達，其中一個基因也與鈣的攝取有關，它在年輕女性中的表達量非常高，但隨著年齡的增長，表達量急劇衰減。研究人員認為，這個基因在更年期到來之前都會具有活性，同時保護心臟;但在其表達關閉之後，會導致心臟病和骨質疏鬆。
另一個主要在女性中表達的基因在大腦中具有活性，儘管目前這個基因的具體功能還不明晰，但是科學家認為此基因可能參與對神經系統的保護，避免患上帕金森病，這種疾病在男性中發病率較高、發病時間也較早。研究人員也確定了，在女性肝臟中表達的基因能夠調節藥物代謝，這為在藥物代謝過程中兩性之間的差異提供了分子依據。
「在基礎的基因組方面，我們所有人之間都是近乎相同的，但是個體的利用不同。」Gershoni說。「因此談到兩性之間的不同，我們意識到演化主要是在基因表達層面發揮作用。」Pietrokovski補充道：「矛盾的是，在與性別相關的基因中，有害突變反而更容易留下來，也包括那些使生育能力降低的基因。從這種優勢中，男性和女性經歷了不同的選擇壓力，至少在某種程度上，人類演化應該被看做是協同進化。
不過，研究人員依然需要進一步闡明，這些能夠引起疾病和藥物反應的基因，為什麼在兩性之間存在差異。
