Эволюция систем определения пола: от птиц и пчел до бородатых агам
Пол — древнее и широко распространенное явление. Механизмы его определения удивительно разнообразны: они могут зависеть от факторов среды (например, температуры) или быть генетически детерминированными. Наиболее изучена XY-система (как у большинства млекопитающих), где самки имеют две одинаковые половые хромосомы (XX), а самцы — разные (XY).
Существование множества систем подразумевает, что в эволюции происходит их смена (turnover), когда одна система заменяет другую. Однако отследить такую историю сложно, особенно если старая система полностью утрачена.
В статье "Deciphering ancestral sex chromosome turnovers based on analysis of male mutation bias" в Genome Biology and Evolution профессор Диего Кортес и его коллеги из Национального автономного университета Мексики представили новый метод для решения этой проблемы.
В основе метода — "мужская предвзятость мутаций" (male mutation bias).
У многих позвоночных мужские гаметы проходят больше циклов репликации, что приводит к более высокой скорости мутаций на мужской (Y) хромосоме и более низкой — на женской (X). Исследователи предположили, что этот сигнал разной скорости мутаций может сохраняться в генах даже после утраты самих половых хромосом.
Как работает метод:
- У видов с XY-системой берутся гены, расположенные на X-хромосоме.
- У видов с другой системой определяются ортологи этих генов, которые теперь находятся на аутосомах (неполовых хромосомах).
- Сравниваются скорости накопления замен в нейтральных участках этих генов. Гены, которые когда-то были сцеплены с X-хромосомой, должны эволюционировать медленнее.
Проверка на млекопитающих:
У плацентарных млекопитающих (XY-система) X-сцепленные гены действительно эволюционировали медленнее, чем их аутосомные ортологи у утконоса (у которого иная система с пятью X и пятью Y хромосомами). Это подтвердило, что линия утконоса никогда не разделяла XY-систему плацентарных.
Применение к рептилиям:
Ученые проанализировали три вида плевродонтов (игуаны, анолисы; имеют XY-систему) и три вида акродонтов (бородатые агамы, хамелеоны; имеют другие хромосомные системы или температурозависимое определение пола).
- Гены X-хромосом плевродонтов имели значительно более низкую скорость мутаций, чем аутосомные гены у змей (внешняя группа).
- Ключевой результат: последовательности акродонтов показали промежуточную скорость мутаций — между плевродонтами и змеями.
Это говорит о том, что акродонты когда-то разделяли XY-систему плевродонтов, но затем утратили ее. По оценкам исследователей, смена системы произошла относительно недавно — 20–60 миллионов лет назад в некоторых линиях.
Авторы отмечают, что точность датировок пока ограничена из-за недостатка геномных данных по рептилиям, но метод перспективен. Он может помочь выяснить, как часто появляются и исчезают половые хромосомы, есть ли у них "срок годности" и что движет эволюционной сменой систем определения пола.