Science：首次破解控制哺乳动物器官的性别特异性发育的基因表达程序

哺乳动物经常会出现性别特异性特征。这些特征源于相应遗传程序的激活，而迄今为止，科学界对这些程序的描述基本上是空白。

在一项新的研究中，来自德国海德堡大学分子生物学中心和英国弗朗西斯-克里克研究所的研究人员首次破解了控制特定哺乳动物---人类、小鼠、大鼠、兔子和负鼠---主要器官的性别特异性发育的程序。通过比较这些程序，他们还追溯到了性别特异性器官特征的进化过程。相关研究结果发表在2023年11月3日的Science期刊上，论文标题为“Sex-biased gene expression across mammalian organ development and evolution”。

性别二态性（sexual dimorphism）描述了第二性别特征的产生，在生物学中指同一物种中性成熟的雄性和雌性在外观上的差异，这些差异与生殖器官无关。

这些性别特异性特征包括身体大小和颜色的明显差异，或不同器官（比如雄鹿的鹿角）的发育。此外，在内部器官的大小、功能和细胞组成方面也有不太明显的差异。

海德堡大学分子生物学中心的Henrik Kaessmann教授博士与弗朗西斯-克里克研究所的Margarida Cardoso-Moreira博士共同领导了这项研究。Kaessmann说，在人类中，这些差异，比如在肝脏中，可能导致性别特异性药物处理或药物疗效。

哺乳动物器官在出生前后的发育受控于许多不同基因之间的微调而复杂的相互作用，这些基因也被称为基因表达程序。

论文第一作者、Kaessmann 教授博士生Leticia Rodríguez-Montes解释说，“总体而言，通过我们实验室以及其他人的研究工作，人们对这种发育相关基因的表达有了相当深入的了解。然而，在此之前，人们还不知道这些程序在雌性个体和雄性个体之间有何不同，以及这些差异对成年哺乳动物器官的功能和细胞组成有何影响。”

这些作者最终成功地在器官和细胞水平上系统地绘制出了一些基因的图谱，这些基因在发育过程中只在两种性别的一种性别中主要活跃，因此导致了雌性和雄性个体不同器官特征的形成。

6个哺乳动物物种中5种器官发育中的性别偏好性表达。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.adf1046。

在测序数据的基础上，通过应用生物信息学分析方法，这些作者发现了一种令人惊讶的适用于他们研究的所有哺乳动物的模式：Kaessman教授说，“几乎所有的基因表达差异都是在青春期才突然出现的。这意味着，负责器官性别特异性发育的基因程序几乎都是在器官发育的后期由雌性或雄性激素触发的。”

为了了解这些基因调控程序的进化过程，这些详细比较了针对这些哺乳动物的研究结果。Cardoso-Moreira博士解释说，“在我们研究的大多数哺乳动物物种中，肝脏和肾脏在基因表达上表现出许多性别差异，这反过来又导致了这些器官功能上的明显性别差异。”他们进一步了解到，这些性别差异发生在哺乳动物的相同器官和这些器官的相同细胞类型中；但它们大多是通过不同基因的活性而发生的。

Rodríguez-Montes认为，这些研究结果说明了性别特异性特征的快速进化，这很可能是由于物种形成过程中遇到了不同的挑战。他解释说，“X和Y性染色体上的少数基因是一个例外，这些基因可能是所有哺乳动物性别特异性特征产生的基本遗传触发因子。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Leticia Rodríguez-Montes et al. Sex-biased gene expression across mammalian organ development and evolution. Science, 2023, doi:10.1126/science.adf1046.

HOW ORGANS OF MALE AND FEMALE MAMMALS DIFFER
https://www.uni-heidelberg.de/en/newsroom/how-organs-of-male-and-female-mammals-differ