女性体内失活的X染色体

女性有两条XX染色体，男性只有一条X染色体，但男性具有短短的Y染色体，这条染色体上面的基因较少，主要决定男性的性别。这样看来，女性的两条X染色体上的基因是不是比男性的XY染色体有用得多？产生的功能蛋白和结构蛋白也要多得多？

你的想像力真丰富，也想多了！

原来女性的两条XX染色体中，有一条是失活的！

三花猫（玳瑁猫）是一个典型的X染色体失活的事例

猫决定颜色的基因在x染色体上，所以母猫可以有2种颜色，加上白色就是3种颜色，公猫只可能有1种颜色，加上白色最多2种颜色！因此，所有的三花猫都是母猫。

三花猫基本都是雌猫，绝少出现三花雄猫的。三花来源本质上是白色的底色（该基因位于常染色体上）叠加由X染色体决定的黑色和橘色。由于两条X染色体中会随机失活一条，因此只有携带两条X染色体的猫才能呈现黑、橘、白三色，而正常的携带两条X染色体的猫就是雌猫。对于雄猫来说，出现性染色体三体的情况下（XXY）时，才会呈现三色，因此三色雄猫特别稀少。

自然确保不会发生这种情况：其中一条X染色体在女性子宫的早期发育中是完全地、失活。但负责这种失活的机制尚不完全清楚。然而，小鼠研究表明，一个被称为Xist的核糖核酸(RNA)分子在这个过程中起关键作用。几百个这个分子的拷贝附着到两条X染色体中的一条。科学家认为，这些RNA分子停靠到其他分子上，然后使得染色体失活。由苏黎世联邦理工学院(ETHZurich)的遗传学教授AntonWutz领导的一组研究人员现在发现，几种的这些失活分子。

为此，科学家使用小鼠干细胞，它们表现出两个特定的特征。个是，它们像未受精的卵细胞(和体细胞相比)，每个染色体只具有一条。第二是，它们进行某种程度上的修饰，使得科学家能够不断产生XistRNA。这会导致单个X染色体失活及细胞死亡，因为它们继续存活所需的基因已经不再被读取。

在使用这些干细胞进行大规模筛选实验中，科学家能够确定哪些基因对X染色体失活很重要。这个实验可能被认为是干细胞的一种救援行动，否则这些细胞会死亡。特别是，研究人员使用病毒随机损伤大量干细胞的遗传物质中的个别基因。病毒插入会导致XistRNA(用于X染色体失活的分子)所需的基因被破坏，从而导致X染色体未灭活，相对来说，细胞就能够存活下来。

因此，科学家能够分离出存活的干细胞，并确定7个对X染色体失活关键的基因，它们中有一个叫做Spen。科学家已经意识到，Spen产生一个能够与RNA结合的蛋白质，并且基本上阻止基因被读取。在其他实验中，ETH的研究人员能够表明，如果小鼠细胞缺乏Spen基因，负责改变染色体结构的蛋白质就不能够有效地在X染色体上积累。ETH教授Wutz解释说，需要进一步研究以了解这个机制是怎么工作的，及最近发现的其他基因在这个过程中起什么作用。

获得这些研究结果得归功于早期进展

“如这种的遗传研究是非常复杂的，”Wutz说。例如，关于哺乳动物遗传学的重要知识大都是来自于通过研究果蝇(一种常用于研究生物学，特别是遗传学的模型)而得出的结论。然而，果蝇不同于哺乳动物，它们具有一个不同的染色体系统，没有X染色体失活。因此，你不能够利用果蝇遗传学来找到哺乳动物中的候选基因。

近年来的研究进展使得他的这项研究成为可能。这种类型的研究现在成为可能得感谢具有一组染色体的干细胞，其由Wutz五年前，那时他还在剑桥大学时构建出来的。

ETH的这项研究发表于一期的《CellReports》杂志上。另一个英国研究组也在这个期刊上发表了其研究结果。他们使用不同的方法——RNA干扰，发现几个参与X染色体失活的基因，其中一个叫做Spen。

人类中存在的细微差异

在人类中也发现用于生产Xist的基因和Spen。因此，如Wutz所指出的，本研究为我们提供一些关于人体系统的深入见解——至少在理论水平上，小鼠遗传学不能直接映射到人类。

几年前，一个法国研究组推测，除了Xist，人类还有另外一个系统，确保男性中的单一X染色体和女性中的一条X染色体保持活性。而这个活化系统不存在于小鼠中。由于活化和失活因子的相互作用，因此人体的X染色体调节可能会比原以为的要复杂。遗传学家想要详细了解这些过程，仍然有大量的工作要做。

X染色体失活，其遗传规律本身决定的

X染色体失活还能影响人的智力？

早在年，科学界就有人提出“智力基因在X染色体上”这样的说法。随着人类基因组计划的蓬勃发展，越来越多的基因序列编码也得到了破解。X染色体对大脑结构，认知能力，智力发育等等都有着巨大的作用。对于男孩来说，他们的X染色体来源于母亲，也就说，理论上讲母亲对儿子智力方面的遗传作用也应该是巨大的，可为什么智商的统计显示却没有显著的相关性呢？这又究竟是怎么一回事呢？

这涉及两个概念——X染色体失活(X-inactivation)和减数分裂中的染色体重组。对于男人来说，X染色体上编译大脑结构的基因的任务很简单，因为只有一份基因，只管拿去用就好了。而对于女人来说，她们有两套X染色体，如果两套都用来表达蛋白质，那就乱了套。所以选择用哪一套去编译大脑就成了个难题。在女人的细胞中，两套X染色体会自动有一套失去活性，只留有一套解码编译蛋白质，这种两条X染色体的其中之一失去活性的现象就被称之为X染色体失活。现在普遍认为，在女性胚胎发育时期，大部分情况下，不同细胞中选择哪一套X染色体失活的过程是随机的。导致的结果是，大约一半的胚胎细胞来自于母亲的X染色体失活，而另一半是来自于父亲的X染色体失活。所以基因编译大脑结构的时候，一会儿是来自于母亲的X染色体起作用，一会儿却是来自父亲的起作用，随机选择，没有固定的模式，将X染色体基因表达充分的混合。另外，人的X染色体里还有大约15%的基因是可以逃过失活一劫的，这让本来已经非常复杂的X染色体编译更是变得扑朔迷离。

另一方面，减数分裂是一种特殊的细胞分裂方式。当性细胞分裂时，染色体只复制一次，细胞连续分裂两次，这样，细胞中染色体数目就减半了。女性有两个X染色体，减数分裂的时候每个卵细胞里就各分得一个X。细胞连续分裂的时候染色体还会发生多次重组，两条来自父母的不同的X染色体会交换某些同一位置上的基因，这就让每个卵细胞里分到的X染色体里混合了原本两个X染色体的基因。

X染色体与Y染色体的不同命运

所以，当儿子从妈妈那里得到X染色体的时候，是已经经过了减数分裂和染色体重组的结果，是混合了来自他外公外婆的X染色体的结果。而他的妈妈编译大脑的时候用的X染色体也是被随机选择过的，母子俩的大脑结构可能完全的不一样，也可能有很大的相似程度，最有可能的结果是既有一部分的相似度，又有一部分的不同。大自然的设计就是如此巧妙，尽管妈妈在儿子智力遗传问题上要负主要责任，但是仅凭妈妈的聪明程度还是不能预测出儿子智力水平的高低。

另外，由于基因印记(Genomicimprinting)的存在，有科学家猜测相对于母亲通过X染色体遗传智力，父亲是通过常染色体表达基因从而影响子代的大脑和行为的。但由于基因印记很少见，只占不足1%，这种影响并不显著。

责编：XQ

参考信息：

1、AsunMonfort,GiulioDiMinin,AndreasPostlmayr,RemoFreimann,FabianaArieti,StéphaneThore,AntonWutz.IdentificationofSpenasaCrucialFactorforXistFunctionthroughForwardGeneticScreeninginHaploidEmbryonicStemCells.CellReports,DOI:

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