Мужчины медленно теряют Y-хромосому, но открытие у колючих крыс вселяет надежду для человечества
Пол человеческих и других млекопитающих определяется геном на Y-хромосоме. Однако человеческая Y-хромосома дегенерирует и может исчезнуть через несколько миллионов лет, что приведет к нашему вымиранию, если мы не эволюционируем новый ген, определяющий пол.
Хорошая новость в том, что две линии грызунов уже потеряли свою Y-хромосому и выжили.
Новая статья в Proceedings of the National Academy of Sciences показывает, как колючая крыса эволюционировала новый ген, определяющий мужской пол.
Как Y-хромосома определяет пол человека
У самок млекопитающих две X-хромосомы, а у самцов — одна X и маленькая Y-хромосома. X содержит около 900 генов, выполняющих различные функции. Y содержит мало генов (около 55) и много некодирующей ДНК.
Но Y-хромосома критически важна, так как содержит главный ген, запускающий развитие мужского пола у эмбриона. Примерно на 12-й неделе после зачатия этот ген-мастер включает другие, регулирующие развитие семенника. Эмбриональный семенник производит мужские гормоны, что обеспечивает развитие ребенка как мальчика.
Этот главный ген пола был идентифицирован как SRY (sex region on the Y) в 1990 году. Он запускает генетический путь, начинающийся с гена SOX9, который ключевой для определения мужского пола у всех позвоночных.
Исчезающая Y-хромосома
У большинства млекопитающих система половых хромосом, похожая на человеческую. Однако утконос имеет совершенно другие половые хромосомы, больше похожие на птичьи. Это говорит о том, что X и Y млекопитающих были обычной парой хромосом не так давно.
Следовательно, Y-хромосома потеряла 900–55 активных генов за 166 миллионов лет раздельной эволюции человека и утконоса. Это потеря около пяти генов за миллион лет. При такой скорости последние 55 генов исчезнут через 11 миллионов лет.
Прогнозы о сроке жизни человеческой Y-хромосомы разнятся — от бесконечности до нескольких тысяч лет.
Грызуны без Y-хромосомы
Известны две линии грызунов, которые уже потеряли Y-хромосому и выжили:
- Слепушонки (mole voles) Восточной Европы.
- Колючие крысы (spiny rats) Японии.
У некоторых их видов Y-хромосома и ген SRY полностью исчезли. X-хромосома осталась в одинарной или двойной дозе у обоих полов.
Команда биолога Асато Куройвы из Университета Хоккайдо обнаружила, что большинство генов с Y-хромосомы колючих крыс переместились на другие хромосомы. Не было найдено ни SRY, ни заменяющего его гена.
В статье в PNAS команда сообщила об успешной идентификации нового механизма. Они нашли последовательности, которые были в геномах самцов, но не самок. Обнаружилось крошечное отличие возле ключевого гена SOX9 на хромосоме 3 колючей крысы.
Небольшая дупликация (всего 17 000 пар оснований из более чем 3 миллиардов) присутствовала у всех самцов и ни у одной самки. Ученые предполагают, что этот дублированный фрагмент ДНК содержит переключатель, который в норме включает SOX9 в ответ на SRY.
Когда эту дупликацию внедрили в мышей, выяснилось, что она усиливает активность SOX9. Таким образом, это изменение может позволить SOX9 работать без SRY.
Что это значит для будущего мужчин
Неминуемое исчезновение человеческой Y-хромосомы порождает спекуляции о нашем будущем. У некоторых ящериц и змей есть виды, состоящие только из самок, которые могут размножаться партеногенезом. Но у людей и других млекопитающих это невозможно, так как у нас есть как минимум 30 crucial "imprinted" генов, которые работают, только если получены от отца через сперматозоид.
Для размножения нам нужны сперма и мужчины, поэтому конец Y-хромосомы может означать вымирание человечества.
Новое открытие поддерживает альтернативную возможность — люди могут эволюционировать новый ген, определяющий пол.
Однако эволюция нового гена определения пола сопряжена с рисками. Что, если более одной новой системы разовьется в разных частях света?
«Война» генов пола может привести к образованию новых видов, что именно и произошло со слепушонками и колючими крысами.
Таким образом, если кто-то посетит Землю через 11 миллионов лет, он может не найти людей — или обнаружить несколько разных видов человека, разделенных разными системами определения пола.