犬类激素非依赖性性别二态性的表观遗传调控机制及XIST基因鉴定研究

本研究针对绝育犬仍存在性别差异的现象，通过全基因组甲基化测序(WGBS)和RNA测序技术，首次系统揭示了激素非依赖性性别二态性的表观遗传调控机制。研究人员发现性染色体差异甲基化区域与X染色体失活(XCI)密切相关，成功鉴定出犬类XIST直系同源基因LOC102156855，并证实其表达模式与人类XIST高度保守。该研究为理解哺乳动物性别特异性生物学特征提供了新的表观遗传学视角。

　　

在犬类生物学研究中，一个长期存在的谜团是：即使经过早期绝育手术移除了性激素的影响，雌雄犬只之间仍然表现出明显的生理差异。这种超越性激素作用的性别二态性现象，暗示着可能存在更深层次的遗传和表观遗传调控机制。传统观点认为，性激素是性别差异的主要决定因素，但临床观察发现，绝育犬在疾病易感性、生理指标和行为特征上仍保持性别特异性，这促使科学家思考是否存在其他重要的生物学因素在发挥作用。

表观遗传学修饰，特别是DNA甲基化，作为基因表达的重要调控机制，可能在性别特异性特征形成中扮演关键角色。然而，关于犬类在缺乏性激素情况下表观遗传差异的研究仍属空白。正是基于这一科学问题，研究人员在《Scientific Reports》上发表了这项开创性研究，旨在揭示激素非依赖性的性别二态性表观遗传基础。

研究团队采用了多组学整合分析策略，主要关键技术包括：从8只绝育比格犬（雌雄各4只）采集全血样本进行全基因组甲基化测序(WGBS)和RNA测序；使用Metilene软件进行差异甲基化区域(DMRs)鉴定；通过DESeq2进行差异表达基因(DEGs)分析；利用BLASTN进行跨物种基因比对；采用ShinyGO和Enrichr进行基因功能富集分析。

性相关DNA甲基化模式

研究人员通过分析约4000万个胞嘧啶甲基化位点，鉴定出36,128个显著性相关差异甲基化区域。甲基化模式分析显示，常染色体上的高甲基化区域数量在雌雄间相似，而X染色体则表现出明显的性别特异性模式。

在X染色体上，基因体内的高甲基化DMRs主要出现在雄性中，而启动子区域的高甲基化DMRs则主要存在于雌性。更重要的是，20.9%的雌性高甲基化DMRs表现出超过0.3的平均甲基化差异，而雄性仅有0.9%，这一发现为X染色体失活提供了表观遗传学证据。

性相关DMGs的功能富集分析

研究人员聚焦于常染色体的2,764个雌性高甲基化DMGs和2,743个雄性高甲基化DMGs。功能分析显示，雌性高甲基化DMGs主要富集于细胞结构调节和信号转导通路，如PI3K-Akt和Rap1信号通路。

而雄性高甲基化DMGs则主要参与致癌和炎症通路，包括MAPK和钙信号通路。Gene Ontology分析进一步揭示了神经系统相关形态发生和发育过程的性别特异性差异，这些发现可能为认知或神经学差异提供解释。

性相关基因表达模式

转录组分析显示，基因表达谱能够明显区分雌雄样本，共鉴定出207个差异表达基因，其中141个在雌性中上调，66个在雄性中上调。

功能富集分析表明，雌性上调基因主要参与代谢相关通路，而雄性上调基因则与补体和凝血级联反应等通路相关。

甲基化与表达相关性分析

通过整合分析，研究人员发现79个基因同时存在甲基化和表达水平的性别差异。其中ABCC8、NALCN、PALLD和PROB1等基因表现出强烈的甲基化-表达相关性，提示这些基因可能受到表观遗传调控的直接影响。

犬类XIST直系同源区域的鉴定

通过跨物种基因组比对，研究人员成功鉴定出LOC102156855为犬类XIST直系同源基因，其与人类XIST的核苷酸相似性达到73.39%。

启动子区域甲基化分析显示，雌性在该区域的甲基化水平为0.47，而雄性高达0.98，这种半甲基化模式与X染色体失活机制一致。表达分析进一步证实，LOC102156855在雌性全血中特异性表达，而在雄性中几乎不表达，这一模式与哺乳动物XIST的表达特征完全吻合。

本研究首次在犬类中系统揭示了激素非依赖性的性别二态性表观遗传调控机制。研究发现不仅证实了DNA甲基化在性别特异性基因调控中的重要作用，还成功鉴定了犬类XIST直系同源基因，为理解哺乳动物X染色体失活的进化保守性提供了重要证据。这些发现深化了我们对性别特异性生物学特征形成机制的理解，为兽医遗传学和表观遗传学研究奠定了重要基础。

特别值得关注的是，研究发现的性别特异性表观遗传标记可能作为新型生物标志物，用于区分犬类的生物学性别。此外，LOC102156855的鉴定及其表达模式的确认，不仅解决了犬类遗传学研究中的一个长期问题，也为比较表观遗传学研究提供了重要模型。该研究建立的实验方法和分析框架可扩展到其他哺乳动物物种，有助于揭示性别差异相关疾病的分子机制，为个性化医疗和物种特异性治疗策略开发提供理论依据。