研究人员在动物身上发现了已知最古老的性染色体——章鱼Z染色体，它最早在大约3.8亿年前的章鱼祖先上进化而来。这一发现回答了一个长期存在的问题，即鱿鱼和章鱼等海洋生物是如何进行性发育的。相关成果2月29日公布于bioRxiv。

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加利福尼亚双斑章鱼。图片来源：Norbert Wu/Minden Pictures via Alamy

“我们偶然发现了可能是迄今为止已知最古老的动物性染色体。”论文作者、美国俄勒冈大学进化遗传学家Andrew Kern说，“鱿鱼和章鱼等头足类动物的性别决定一直是个谜，我们发现了基因以某种方式参与其中的第一个证据。”

在大多数哺乳动物和一些昆虫中，性染色体决定了个体是雄性还是雌性。在人类中，女性通常有两条X性染色体，男性通常有一条X和一条Y性染色体。

但对于一些动物，如头足类动物，包括鱿鱼和章鱼等软体动物、鹦鹉螺等硬壳动物，人们一直不确定个体是如何成为雄性或雌性的。科学家普遍认为，温度等环境因素起到了一定作用，就像一些爬行动物和鱼类那样。

2015年，研究人员首次报告了对头足类动物基因组的测序，这是一只雄性加利福尼亚双斑章鱼的基因组。

在最新的研究中，Kern和同事绘制了一只雌性加利福尼亚双斑章鱼的基因组图谱。他们发现了29对染色体和一条被称为17号染色体的染色体。相比之下，雄性章鱼的基因组有两个17号染色体拷贝。这种差异让研究人员假设17号染色体是一条性染色体。

对其他双斑章鱼的DNA测序证实了这一观点。雄性总是有两个17号染色体拷贝，而雌性只有一个拷贝。17号染色体还含有几个类似于人类生殖组织中编码蛋白质的基因，包括精子中发现的一种蛋白质。

在包括鸟类和蝴蝶在内的动物中，雄性同样有两条Z性染色体，而雌性有一条Z性染色体和一条W性染色体。但研究人员未在雌性章鱼中发现W染色体。这表明，雄性有ZZ性染色体，而雌性有ZO性染色体，其中O表示缺少W染色体。他们还在其他章鱼和鱿鱼物种中发现了Z染色体，但在鹦鹉螺中没有。

“这种模式表明，Z染色体在导致现代鱿鱼和章鱼的谱系中进化过一次——在这个谱系从硬壳的鹦鹉螺中分离出来之后。”Kern说。这意味着Z染色体最早出现在4.5亿到2.5亿年前，并一直保留至今。此前，已知最古老的动物性染色体被认为1.8亿年前在鲟鱼身上进化而来。

美国哈德逊阿尔法生物技术研究所的Sarah Carey表示：“这篇论文提供的数据明确表明，头足类动物的性染色体是动物和植物中最古老的。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1101/2024.02.21.581452