南湖新闻网讯（通讯员 钱胜）8月27日，我校生命科学技术学院、生物医学与健康学院、湖北洪山实验室陈振夏教授课题组研究成果以“Dynamic Spatial-temporal Expression Ratio of X Chromosome to Autosomes but Stable Dosage Compensation in Mammals”在基因组学期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics发表。研究全面验证了哺乳动物性染色体演化过程中X染色体上基因的表达上调以抵消Y染色体的退化，并揭示了X染色体和常染色体基因表达比值的组织特异性和时期动态性。
在哺乳动物性染色体演化过程中，Y染色体逐步退化，导致X染色体上连锁的基因在雄性中变成单倍体，而在雌性（XX）中维持着两条X染色体，引起基因组中基因剂量的不平衡。据此，演化遗传学家Susumu Ohno提出剂量补偿假说——X连锁基因的表达加倍以补偿雄性（XY）中X染色体的剂量减少，同时雌性（XX）中一条X染色体失活以避免形成X-四体，从而实现两性之间基因表达水平的平衡。近些年来随着高通量测序技术的发展，一些研究通过微阵列和RNA测序报道了某些哺乳动物组织中的X染色体上调（X:AA比值~1），为Ohno的假说提供了支持。然而，也有一些研究向Ohno假说提出了挑战，这些研究仅包含了有限的组织和某些发育时期，导致观测结果的不稳定性甚至产生相反的结论。
为了全面探究哺乳动物剂量补偿的模式，研究人员整合了公开的涵盖多个组织、发育时期和物种的发育转录组数据、翻译组和蛋白质组数据，对其调控和演化进行了系统的探究。
研究人员首先发现X染色体和常染色体上基因表达比值（X:AA 比值）呈现出组织特异性，在组织发育的早期接近1并随着发育过程动态变化。比较人类和其他陆生脊椎动物的直系同源基因的表达水平，研究人员发现人的X染色体在演化过程中维持着基因表达的平衡，而并非此前报道的表达水平减半。最后，进一步整合分析转录组和表观基因组学数据发现，不同的表观遗传调控塑造了X染色体上基因强烈的时空特异性表达，并最终影响了X:AA比值。
我校生命科学技术学院、生物医学与健康学院、湖北洪山实验室博士生钱胜为论文第一作者，陈振夏教授为论文通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金、中国淡水生态与生物技术国家重点实验室开放基金、中央高校基本科研专项资金、华中农业大学科技自主创新基金等项目的资助。
审核人：陈振夏
【英文摘要】
In the evolutionary model of dosage compensation, per-allele expression level of the X chromosome was proposed to have two-fold up-regulation to compensate its dose reduction in males (XY) compared to females (XX). However, the expression regulation of X-linked genes is still controversial, and comprehensive evaluations are still lacking. By integrating multi-omics datasets in mammals, we investigated the expression ratios including X to autosomes (X:AA ratio) and X to orthologs (X:XX ratio) at the transcriptome, translatome, and proteome levels. We revealed a dynamic spatial-temporal X:AA ratio during development in humans and mice. Meanwhile, by tracing the evolution of orthologous gene expression in chickens, platypuses, and opossums, we found a stable expression ratio of X-linked genes in humans to their autosomal orthologs in other species (X:XX ∼ 1) across tissues and developmental stages, demonstrating stable dosage compensation in mammals. We also found that different epigenetic regulations contributed to the high tissue-specificity and stage-specificity of X-linked gene expression, thus affecting X:AA ratios. It could be concluded that the dynamics of X:AA ratios were attributed to the different gene contents and expression preferences of the X chromosome, rather than the stable dosage compensation.
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022922000973
