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摘要在XY性别决定机制的生物中，性染色体连锁基因在两种性别中有相等或相近的有效剂量的遗传效应称作剂量补偿效应。性染色体之间的剂量补偿效应在哺乳动物、果蝇和线虫中研究的较多，并得到广泛的实验支持。1967年Ohno提出性染色体与常染色体间的剂量补偿假说：X染色体上基因会加倍表达，使X染色体和常染色体之间基因表达水平达到平衡。该假说自提出以来一直没有得到很好的证实。最近有研究应用转录组芯片技术从全基因组范围内比较X染色体和常染色体之间基因表达水平的差异(X：A)，其结果表明，在哺乳动物、果蝇和线虫中X：A在1左右，从而支持了Ohno假说。<br>　　 转录组芯片技术最初的设计是用于比较同一基因在不同条件下的表达差异，该技术用于估计不同基因间的表达差异时则存在诸多缺陷，特别是芯片探针的交叉杂交带来的误差难以预计。高通量转录组测序技术(简称RNA-Seq)，能够快速得到数以百万计的测序序列(reads)，从而数字化定量基因表达水平。本论文首先比较RNA-Seq数据和芯片数据差异，发现用RNA-Seq数据定量基因表达水平主要有以下三个方面的优势：1，RNA-Seq对表达量小的基因灵敏度更高；2，RNA-Seq检测基因表达水平的稳定性好；3，RNA-Seq系统误差较小，可以更准确的估计基因之间的表达差异，相对地芯片数据压缩了基因间表达水平的差异。因此，本研究应用RNA-Seq数据定量基因表达水平，估计X:A，重新检验Ohno假说。<br>　　 应用最近公布的12种人体组织、3种小鼠组织和4种不同发育时期线虫的RNA-Seq数据，用基因的测序丰度除以基因有效长度定量基因表达水平。在人的12种组织中，X:A(中值)在0.34-0.70之间；小鼠3种组织的X:A(中值)在0.21-0.47之间；在线虫的L2、L3、L4、成虫4个不同发育时期，X:A(Jacknife)分别为0.95、0.86、0.71、0.42，而这4个时期常染色体之间基因表达水平差异(A：A)约为1。X：A非参数检验比较的结果与中值比较的结果一致。研究结果显示，至少在人、小鼠和线虫中X染色体表达水平是常染色体表达水平的一半左右，即X:A≈0.5，这与转录组芯片数据的结果(X：A≈1)相悖，极大挑战了Ohno假说。<br>　　 为进一步检验X:A≈0.5结果的可靠性，本研究从以下两个方面进行验证。一方面，用高通量测序基因组的数据(DNA-Seq)估计测序偏好。DNA-Seq的底物是相同丰度的基因组DNA，如果没有测序偏好，用DNA-Seq数据定量的基因表达水平应该相等，因此可以用DNA-Seq定量的表达水平来估计系统误差。屏蔽系统误差后，重新估计X:A所得的结果与屏蔽前的一致。另一方面，有实验证据表明，果蝇通过MSL复合物使雄性X染色体表达水平加倍，来达到两种性别问的剂量补偿，这使得X染色体在不同性别之间，以及和带染色之间基因表达水平都达到平衡。运用10个不同发育时期以及成年雌雄果蝇个体的RNA-Seq数据，估计X:A、以及不同性别之间X染色体上基因(X：X)的表达水平，发现与实验结果一致，都在1左右。这个结果从侧面证实RNA-Seq数据用于比较基因间表达差异的可靠性。<br>　　 此外，通过运用线虫和小鼠蛋白组数据，比较X染色体和常染色体在蛋白水平上的表达量差异，结果和RNA-Seq所估计的转录水平的差异比值相一致。<br>　　 综合以上数据分析，本研究认为：1，芯片技术估计的基因表达水平不能准确地反映基因间的差异；2，在哺乳动物和线虫中，X染色体并没有通过加倍表达量来实现与常染色体之间的剂量平衡，X染色体的单倍体剂量不足可以存在，Ohno假说至少在这些生物中不成立。本研究结果提示我们要重新认识剂量补偿效应，并有助于我们加深对X染色体基因进化的了解。