Мужская половая хромосома быстро теряет гены в ходе эволюции

Учёные давно подозревали, что половая хромосома, которую несут только мужчины (Y-хромосома), деградирует и может полностью исчезнуть через несколько миллионов лет. Однако эволюционные процессы, управляющие этим исчезновением, оставались неясными.

Исследователи из Университета Пенсильвании обнаружили, что Y-хромосома эволюционирует гораздо быстрее, чем её парная X-хромосома (которая есть у обоих полов). Эта быстрая эволюция привела к драматической потере генов на Y-хромосоме. Если эта скорость сохранится, в конечном итоге это может привести к полному исчезновению Y-хромосомы. Результаты работы будут опубликованы 17 июля 2009 года в журнале PLoS Genetics.

Эволюция половых хромосом у млекопитающих

Существует три класса млекопитающих:

X- и Y-хромосомы сумчатых и плацентарных эволюционировали из пары неполовых хромосом. У плацентарных млекопитающих половые хромосомы содержат дополнительную область ДНК.

Ключевой момент эволюции: между 80 и 130 миллионами лет назад эта дополнительная область разделилась на две полностью отдельные сущности, которые перестали обмениваться ДНК. Одна из областей стала специфичной для X-хромосомы, другая — для Y-хромосомы.

Сравнение скоростей эволюции

Сравнив ДНК X- и Y-хромосом плацентарных млекопитающих с ДНК неполовых хромосом опоссума и утконоса, учёные смогли «вернуться» к моменту, когда X и Y ещё обменивались ДНК.

Результат: Y-специфичная ДНК начала быстро эволюционировать с момента разделения, в то время как X-специфичная ДНК сохранила ту же скорость эволюции, что и неполовые хромосомы.

Генетический дисбаланс и будущее Y-хромосомы

  • Сегодня человеческая Y-хромосома содержит менее 200 генов, а X-хромосома — около 1100.
  • Большинство генов на Y-хромосоме были потеряны, так как не были важны для выживания.
  • Однако некоторые сохранившиеся гены (например, участвующие в образовании спермы), вероятно, являются важными. Это подтверждается гипотезой о том, что их функция или экспрессия отличаются от аналогичных генов на X-хромосоме.

Вывод: несмотря на то, что некоторые гены Y-хромосомы важны, большинство из них уже утрачено, и есть свидетельства, что другие также находятся на пути к исчезновению.

«Мы всё ещё думаем, что есть шанс, что Y-хромосома в конечном итоге может исчезнуть. Если это произойдёт, это не будет концом мужчин. Вместо этого новая пара неполовых хромосом, вероятно, начнёт путь к становлению половыми хромосомами», — пояснила Катерина Макова.

Планы на будущее

Учёные планируют использовать полученные данные для создания компьютерной модели, отслеживающей дегенерацию Y-хромосомы, чтобы определить:

  1. Сколько времени потребуется для её исчезновения.
  2. Какие процессы наиболее важны для этой дегенерации.

Источник: Pennsylvania State University