Универсальные черты в ранней эволюции половых хромосом
Исследователи из Столичного университета Токио выявили общие черты в ранней эволюции X и Y хромосом. Недавно возникшие половые хромосомы у трёх видов плодовых мушек показали тот же механизм генетической компенсации, что и у других организмов. Также обнаружено общее ухудшение состояния как X, так и Y хромосом, а также ключевые сходства между половыми хромосомами, произошедшими от одной и той же неполовой хромосомы. Эти данные указывают на универсальные черты эволюции половых хромосом в природе.
Хромосомы — это длинные молекулы ДНК, содержащие все гены организма. В ходе эволюции некоторых животных, включая человека, две из этих хромосом, обозначаемые "X" и "Y", могут приобретать определённые гены и брать на себя роль определения развития половых признаков. Они называются аллосомами, или половыми хромосомами.
По мере закрепления определения пола в эволюционном пути, крупные изменения половых хромосом становятся неблагоприятными. Однако Y-хромосома подвержена процессу псевдогенизации, при котором её гены теряют функцию. Например, в то время как X-хромосома человека содержит около 1000 генов, в Y-хромосоме осталось лишь несколько десятков функциональных генов. Это создаёт проблему для самцов (XY), у которых нет резервной копии многих жизненно важных генов X-хромосомы. Классические работы Мюллера (1930-е) и Оно (1960-е) показали, что у самцов X-хромосома работает с повышенной активностью в процессе, известном как компенсация дозы (dosage compensation, DC). Но как именно эволюционирует этот механизм, оставалось неясным.
Чтобы изучить DC, команда под руководством доцента Масафуми Нодзавы и профессора Коитиро Тамуры исследовала хромосомы плодовых мушек Drosophila. У нескольких видов половые хромосомы эволюционировали за последний 1 миллион лет, что по эволюционным меркам очень недавно. Это даёт редкую возможность заглянуть в раннюю эволюцию половых хромосом, в частности, в то, как прогрессирует псевдогенизация в этих "нео-X" и "нео-Y" хромосомах.
Сравнив три разных вида с нео-X/Y и виды без них, команда обнаружила ряд общих черт:
- Подтвердилось, что нео-Y уже теряет гены, и это компенсируется повышением активности соответствующих генов в нео-X.
- Оказалось, что и нео-X, и нео-Y подвергаются псевдогенизации с ускоренной скоростью по сравнению с их неполовыми аналогами. При этом гены, сильно экспрессируемые в яичниках и семенниках, сохранялись в нео-X и нео-Y соответственно.
- У двух видов, у которых нео-Y хромосомы произошли от одной и той же неполовой хромосомы, псевдогенизации подвергались одни и те же гены. То есть эволюция шла параллельно в разных видах.
Обнаруженный спектр сходств указывает на универсальность в том, как эволюционируют половые хромосомы, что даёт представление об эволюционной механике более широкого круга организмов.