2024年7月18日，我院周琦实验室受邀在《自然遗传学综述》（Nature Reviews Genetics）杂志撰写题为“Evolution and regulation of animal sex chromosomes”的综述文章（全文链接https://www.nature.com/articles/s41576-024-00757-3）。这篇文章通过总结一系列最新周琦实验室和其他国内国际同行的研究成果，深入探讨了动物性染色体独特的演化调控模式，为了解性别这一普遍存在的生物学现象背后复杂的多样性产生的原因提供了详细解读。

       关于性别决定机制和性染色体演化的研究之前主要集中在少数模式生物上。然而，近年来对鱼类、爬行动物和蚊子等大量非模式生物的研究发现，人类、鸟类以及果蝇性别决定基因和性染色体的演化的已知模型和知识几乎完全不适用。本文总结了性染色体起源和演化的经典模型，通过总结不同的“例外”事件提出对经典模型需要进一步重新认识的新模型：包括在鱼类、两栖类常见的性逆转如何介导性染色体系统的快速替换、以及由于剧烈的染色体之间的重排如何形成类似鸭嘴兽十条性染色体复合体的特殊现象等等。正是对这些不同物种性染色体的探索，使得性染色体演化模型变得更加丰富和完善。

性染色体演化和性染色体颠换的经典模型示意图

 此外，在性染色体的起源和演化的过程中，重组抑制是其中非常关键的事件。性染色体上被抑制的区域不再进行基因重组，而其抑制的程度和机制在不同物种中存在着巨大的差异，进一步了增强了性染色体系统的多样性。

 性别决定基因在物种间频繁的颠换也是造成性染色体系统多样性的原因之一，本文进一步讨论了这一现象背后的潜在机制。之前鲜有研究将性染色体的快速演化与上游性别决定基因（即所谓的“主效性别决定基因”, master sex determining gene）在胚胎发育时期短暂的表达窗口相联系。尽管这些基因在性别决定过程中起到了重要作用，但它们的表达往往不如下游基因那样持久，在演化和发育过程中都转瞬即逝。本文由此将这种机制类比于英国君主立宪制。所谓看起来很重要的“主效性别决定基因”（例如决定人类男性的 Sry 基因），像英国女王一样，实际上并不具备决定性的能力，只是在性腺发育过程中破坏了雌雄性腺发育之间微妙的平衡。相反，下游大量保守的涉及性腺发育途径的基因（即发育成雌性的卵巢还是雄性的睾丸）则通过形成类似于“议会”式的模式互相对抗，这些基因才是真正决定性别分化命运的力量。通过这种类比，本文理清了性别决定过程中的复杂性和多样性。最后，本文详细探讨了性染色体全局剂量补偿效应的机制。在Y染色体失去大部分基因后，物种需要发展出新的机制来平衡剂量效应。不同物种在三维核空间内通过不同机制实现这一平衡，这进一步展示了性染色体演化的多样性和复杂性。

 本文总结了当前领域的研究进展，为理解性染色体的演化和调控提供了新的视角。我院2019级博士朱泽贤（已毕业）是论文第一作者，周琦教授是本文的通讯作者。本项目受到科技部重点研发计划，国家自然科学基金委面上项目和浙江大学生研院支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41576-024-00757-3