Y-хромосоме расширили полномочия



Чтобы сформировать мужскую половую систему, утконосы пользуются другим геном, нежели остальные звери. (Фото Shin Yoshino.)

Оказалось, что Y-хромосома нужна не только для формирования мужской половой системы, а её эволюция шла довольно извилистыми путями, весьма отличными от простой деградации её генов.

Не так давно биологи выяснили, что половая Y-хромосома за время своей эволюции потеряла огромное количество генов и что теперь у неё осталось только 3% от того генетического набора, который имелся когда-то. Для сравнения: Х-хромосома сохранила 98% генов. Эти данные вызвали к жизни гипотезу об исчезающей Y-хромосоме, смысл которой в том, что в некоем эволюционном будущем от мужской хромосомы останется пустое место.

Правда, потом оказалось, что скорость исчезновения Y-хромосомы несколько преувеличена, а совсем недавно появилось исследование, согласно которому Y-хромосома вообще не может исчезнуть, так как в ней есть гены, абсолютно необходимые мужскому организму. Однако этот вывод был сделан после сравнения половых хромосом у нескольких мужчин, европейцев и африканцев, между собой и с митохондриальной ДНК. То есть вывод о сохранности Y-хромосомы не подкреплялся ни собственно примером этих самых необходимых генов, ни изучением её у других млекопитающих.

А вот исследователи из Института Уайтхеда (США) во главе с Дэвидом Пэйджем (David Page) именно это и сделали: они сравнили Y-хромосомы у человека, шимпанзе, макаки-резуса, мармозетки, крысы, мыши, буйвола и сумчатого южноамериканского опоссума. Вообще, когда занимаются секвенированием («прочитыванием») ДНК у очередного зверя, то Y-хромосому стараются не трогать, потому что её по некоторым причинам читать труднее, чем прочие хромосомы. Однако на этот раз учёные сосредоточились именно на Y-хромосоме, хотя в целом работа и потребовала более десяти лет.

В результате, получив последовательности Y-хромосом и сравнив их с Х-хромосомами, исследователи нашли 36 генов, которые присутствовали на обеих половых хромосомах (полностью все 36 совпадали как минимум у одного из восьми видов млекопитающих, «участвовавших» в исследовании). Многие из этих генов имеют отношение к регуляции транскрипции, трансляции и других важных молекулярных процессов. Более того, удалось найти два гена, UBE1Y и KDM5D, которые сохранились в Y-хромосоме у сумчатых и плацентарных зверей.

То, что эти гены остались у двух таких разных ветвей млекопитающих (не будем забывать, что сумчатые — одна из самых древних групп животных), говорит о неслучайном характере эволюционной деградации Y-хромосомы. Если бы Y-хромосома «просто исчезала» и все её гены и области имели бы одинаковое значение для эволюции, вряд ли можно было бы найти общие черты между хромосомами разных ветвей млекопитающих. Что же до пары UBE1Y и KDM5D, то эти гены, по словам учёных, участвуют в процессах конденсации хромосом (то есть упаковки, укладки ДНК в компактную хромосому), и в этом качестве они, по-видимому, незаменимы.

В то же время оказалось, что эффект от генов, которые есть на обеих половых хромосомах, зависит от того, работают ли эти гены вместе или поодиночке. Это значит, что гены на Y-хромосоме вносят свой вклад в конечный результат, и даже, более того, Y-хромосомные гены «активничают» в самых разных тканях организма. А ведь считалось, что мужская хромосома обслуживает только мужскую половую систему. Иными словами, Y-хромосоме расширили полномочия: она, как выяснилось, востребована и в других органах и тканях, её гены дополняют гены Х-хромосомы, и, несмотря на уменьшение мужской хромосомы, организм без неё всё же прожить не сможет.

Это исследование было опубликовано в Nature — вместе с другим, в котором учёные из Лозаннского университета (Швейцария) анализируют роль половых хромосом у 15 видов животных, в том числе утконосов (самых древних из зверей) и кур (которые вообще не звери, а птицы). Хенрик Кессман (Henrik Kaessmann) и его коллеги обнаружили, что ген SRY (один из самых знаменитых генов, который необходим для развития мужской половой системы) не появляется у зверей до расхождения первозверей (утконосов, ехидн и проехидн) и плацентарных млекопитающих (все, кроме первозверей и сумчатых). Но обычно считалось, что SRY возник гораздо раньше. (С другой стороны, формирование пола у первозверей зависит от другого гена, AMH, то есть эта группа воспользовалась для этого альтернативным молекулярно-генетическим решением.)

Сам же SRY возник 180 млн лет назад, после отделения первозверей, но накануне появления сумчатых. Впрочем, несмотря на различия, гены AMH у первозверей и AMH у всех прочих зверей работают схожим образом, запуская близкие цепи реакций. А вот у кур половая хромосома появилась только 140 млн лет назад.

Эти данные говорят о том, что Y-хромосома не была дана млекопитающим при их появлении на свет, и судьба её в эволюции гораздо сложнее, чем просто уменьшение. Кроме того, швейцарские исследователи, как и их коллеги из Массачусетского технологического института, обнаружили, что Y-хромосома активна не только в половой системе, но и в других тканях.

Правда, возникает вопрос, как древнейшие звери, которые ещё не разделились на разные группы, определяли свой пол. Возможно, половая принадлежность у древнейших млекопитающих формировалась под влиянием внешних факторов — то есть примерно как у современных крокодилов, у которых пол детёныша зависит от окружающей температуры.

Источник

«Пока есть государство, нет свободы. Когда будет свобода, не будет государства»

Владимир Ленин

Файлы

Как работает мозг?

Прошлое, настоящее, будущее человека

Научный атеизм. Учебное пособие

Невидимый мир вирусов