眾所周知，人類的性別由性染色體 X 和 Y 決定，XY 為男性，XX 為女性。然而，X染色體上的基因數(shù)量遠超 Y 染色體，為了保證兩性基因表達數(shù)量的大致相當(dāng)，女性的兩條 X 染色體中會有一條隨機失活，這種劑量補償機制是由 X 染色體上的長鏈非編碼基因 X-IST 所介導(dǎo)的。
而對于鳥類（包括雞），它們的性別由性染色體 Z 和 W 決定，ZW 為雌性，ZZ 為雄性，而 Z 染色體上的基因數(shù)量遠超 W 染色體，這導(dǎo)致雄性鳥類的基因數(shù)量顯著多于雌性，然而，鳥類的劑量補償程度以及機制，至今仍不清楚。
2025 年 7 月 16 日，德國海德堡大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)、瑞典烏普薩拉大學(xué)的研究人員在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：A male-essential miRNA is key for avian sex chromosome dosage compensation 的研究論文。
該研究揭示了鳥類獨特的性染色體劑量補償機制，其通過一種 miRNA--miR-2954 來抑制特定的基因表達，防止雄性鳥類中這些基因過表達，從而確保雄性鳥類的存活，而雌性鳥類則不需要這種 miRNA。
之前的研究表明，雌性鳥類中 Z 染色體的基因轉(zhuǎn)錄上調(diào)不完全，這可能是由于許多基因部分上調(diào)或只有部分基因完全上調(diào)，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄水平低于祖先常染色體基因的水平。
相比之下，雄性鳥類保留了來自其兩條 Z 染色體的祖先表達水平，這使得它們是否受到任何上調(diào)機制的影響仍不清楚。
雌性鳥類的性染色體為 ZW，雄性鳥類則為 ZZ。其中，W 染色體在進化過程中丟失了大部分基因，這導(dǎo)致雄性鳥類基因數(shù)量顯著多于雌性，而鳥類平衡這種基因數(shù)量差異的劑量補償機制，目前尚不清楚。
該團隊之前曾發(fā)現(xiàn)一種 Z 染色體連鎖的 miRNA--miR-2954，其主要在雄性鳥類中表達，在雄性中國的表達量是雌性的 5-10 倍，而且，miR-2954 的預(yù)測靶基因主要是 Z 染色體連鎖的劑量敏感基因，且這些基因在兩性之間的表達比其他 Z 染色體連鎖基因更為平衡，這表明 miR-2954 在鳥類的劑量補償中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
在這項最新研究中，研究團隊基因敲除（KO）雞模型評估了 miR-2954 在體內(nèi)的功能。并結(jié)合進化基因組學(xué)分析，以闡明了鳥類性染色體劑量補償?shù)臋C制、程度和重要性。
研究團隊在雞中敲除了 miR-2954，結(jié)果顯示，純合型敲除的公雞在胚胎早期就會死亡。這種死亡可能是因為 miR-2954 敲除后導(dǎo)致原本被其抑制的劑量敏感的 Z 染色體連鎖的靶基因表達特異性上調(diào)。進化基因表達分析進一步發(fā)現(xiàn)，這些劑量敏感的靶基因在母雞的單條 Z 染色體上經(jīng)歷了轉(zhuǎn)錄層面和翻譯層面的雙重上調(diào)。
因此，這項研究表明，W 染色體上基因丟失后的進化壓力，驅(qū)動了雌性鳥類中劑量敏感的 Z 染色體連鎖基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯上調(diào)，同時也促使這些基因在雄性鳥類中發(fā)生轉(zhuǎn)錄上調(diào)。由此導(dǎo)致雄性鳥類中兩個上調(diào)的劑量敏感的 Z 染色體連鎖基因拷貝共同作用，產(chǎn)生過量的轉(zhuǎn)錄本。而在鳥類進化過程中，這些過量的轉(zhuǎn)錄本被 miR-2954 介導(dǎo)的高度靶向性轉(zhuǎn)錄本降解機制所抵消。
總的來說，該研究發(fā)現(xiàn)了一種獨特的鳥類性染色體劑量補償系統(tǒng)--通過這一系統(tǒng)，一個 miRNA--miR-2954 成為雄性鳥類存活的必需因子。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09256-9
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