Новости и мнения

Удивительная эволюция определения пола

Детальный анализ половых хромосом обнаруживает неожиданную эволюцию функциональных генов Y-хромосомы по видам.

A core set of genes on the Y chromosome has been retained through much of animal evolution, not just for male sexual development, but also as regulatory genes in a wide array of tissues, according to two studies published today (April 23) in Nature . Основной набор генов в Y-хромосоме был сохранен на протяжении большей части эволюции животных, не только для мужского полового развития, но и в качестве регуляторных генов в широком спектре тканей, согласно двум исследованиям, опубликованным сегодня (23 апреля) в природе . Предыдущие исследования показали, что Y-хромосома претерпела драматическую потерю генов, сохранив только 3 процента своих наследственных генов, по сравнению с 98 процентами для Х-хромосомы. Две независимые группы – одна во главе с Дэвидом Пейджем из Массачусетского технологического института, другая – с Хенриком Кессманном и Диего Кортесом из Университета Лозанны в Швейцарии – изучали широкий спектр животных, чтобы продемонстрировать, что Y-хромосома со временем выработала стабильный набор генов.

Документы дают «чрезвычайно разумное объяснение тому, почему эти гены были сохранены», сказал генетик Карлос Бустаманте из Стэнфордской медицинской школы, который не принимал участия в работе. «Эта резня генов, как бы, действительно сдерживается теми генами, которые были сохранены, [которые] были сохранены по очень конкретной причине. Это не случайная группа генов ».

Команда Пейдж изучала Y-хромосому у восьми животных: четырех приматов (человек, шимпанзе, макака-резус и мартышка), трех других млекопитающих (крыса, мышь и бык) и сумчатого, опоссума Южной Америки. Недавно исследователи создали новые высококачественные последовательности для некоторых из этих Y-хромосом, но работали над многими из них более десяти лет.

Y-хромосома часто игнорируется, когда геном определенного вида секвенируется, отчасти потому, что она представляет проблемы, которых нет у других хромосом. Разработанная командой Пейджа детальная последовательность была необходима, однако, чтобы сравнить гены на Y-хромосоме с генами на X-хромосомах, чтобы найти пары генов на обоих. Они обнаружили 36 генов, которые присутствовали в хромосомах X и Y, по крайней мере, у одного из восьми изученных млекопитающих. Многие из этих генов участвуют в транскрипции, трансляции и других регуляторных функциях. Когда они изучили эволюцию половых хромосом с помощью анализа генов на отдельных кусках Х-хромосомы, которые связаны с конкретными периодами времени в ее эволюции, исследователи обнаружили, что два гена, UBE1Y и KDM5D , были сохранены как у млекопитающих, так и у сумчатых , Такое удержание через такие разные линии было бы крайне маловероятным, если бы деградация гена Y-хромосомы была случайной.

«Мы рассчитали шансы, и если вы играли в покер, это похоже на получение флеш-рояля с первой попытки. Это было совершенно неожиданно », – сказал ведущий автор Дэниел Беллотт . Поскольку UBE1Y и KDM5D участвуют в конденсации ДНК, добавил он, «они эволюционно играют очень важную биологическую роль».

Исследователи также обнаружили, что гены, имеющие аналоги X и Y, или пары генов, с большей вероятностью зависят от дозы – в зависимости от экспрессии обеими парами хромосом. Большинство из этих генов экспрессируются в различных тканях, что противоречит распространенному мнению, что гены Y-хромосомы в основном участвуют в половом развитии мужчин. «Исторически Y-хромосома была неправильно истолкована – она ​​была помещена в очень маленькую коробочку», – сказал Пейдж. «Что мы особенно стремимся сделать. , , заключается в том, чтобы выйти за рамки представления о том, что Y-хромосома актуальна только в контексте репродуктивной биологии ».

Во втором исследовании , проведенном группой Кортеса и Кессманна, было изучено 15 животных, включая птицу (курицу) и однодольную (утконос) и расходящиеся линии млекопитающих (плацентарные и сумчатые), которые обладают пятью различными парами хромосом X и Y. Исследователи изучили последовательности РНК, обнаруженные у мужчин, но не женщин, а также данные геномной половой хромосомы. Они обнаружили, что плаценты и сумчатые не развивали ген SRY – первичный ген в каскаде полового развития у мужчин – до того момента, как две линии произошли, намного позже, чем считалось ранее. Monotremes разработали независимую систему половых хромосом, которая, вероятно, зависела от гена AMH .

«Происхождение SRY произошло 180 миллионов лет назад, незадолго до раскола сумчатых», – сказал Kaessmann. «Это произошло после того, как монотремы расстались с нами». Однако, несмотря на различное происхождение, две линии развили сходные системы каскадов полового развития, почти параллельно. У цыплят половые хромосомы развивались только 140 миллионов лет назад.

Kaessman сказал, что результаты его команды поднимают интересные вопросы о том, как древние предки млекопитающих дифференцировали пол. Он указал на крокодиловский метод использования температуры, чтобы отличить молодых самцов от самок, и предположил, что предки млекопитающих могли использовать какой-то похожий механизм окружающей среды.

Как и группа Пейджа, швейцарская команда также обнаружила, что гены Y-хромосомы экспрессируются в различных тканях, помимо тех, которые участвуют в половом развитии, и зависят от дозы.

«Что действительно ясно, так это то, что многие из этих генов не просто участвуют в производстве спермы», – сказал Бустаманте. «На самом деле, они участвуют в самых основных клеточных процессах, которые пронизывают ткани и что их удержание действительно обусловлено необходимостью поддерживать узкий диапазон экспрессии и дозовой компенсации».

W. Bellot et al., «Y-хромосомы млекопитающих сохраняют широко выраженные регуляторы, чувствительные к дозировке», Nature , 508: 494-9, 2014.

D. Cortez, et al., «Происхождение и функциональная эволюция Y-хромосом у млекопитающих». Nature , 508: 488-93, 2014.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *