Эволюция половых хромосом райских птиц раскрыта

Международная группа исследователей из Венского университета, Чжэцзянского университета (Китай) и Шведского музея естественной истории проанализировала геномы 11 видов певчих птиц, включая пять видов райских птиц, и реконструировала эволюционную историю их половых хромосом.

У птиц система половых хромосом противоположна млекопитающим: самки имеют одну Z и одну W-хромосому, а самцы — две Z-хромосомы. W-хромосома намного меньше и содержит меньше генов, подобно Y-хромосоме человека. Секвенирование геномов самок позволило выяснить, как Z и W-хромосомы разошлись в своих эволюционных траекториях.

«Мусорная ДНК» способствовала разделению половых хромосом

Половые хромосомы не должны обмениваться генетическим материалом (рекомбинировать) на большей части своей длины, чтобы гены, определяющие пол, не переходили с одной хромосомы на другую. Исследователи показали, что у певчих птиц подавление рекомбинации происходило в четыре различных момента времени.

Это сформировало четыре последовательных сцепленных с полом региона, образующих градиент дивергенции, связанный со временем, — так называемые «эволюционные страты». Все 5000 современных видов певчих птиц, несмотря на фенотипическое разнообразие, разделяют эту историю событий подавления рекомбинации. Ключевую роль, вероятно, сыграло массовое накопление одного семейства повторяющихся элементов (транспозонов CR1) в «горячей точке» мутаций между двумя соседними стратами. Учёные предполагают, что эта «мусорная ДНК» могла запустить процесс потери рекомбинации и раздельного эволюционного пути хромосом.

На W-хромосоме выжили только дозо-чувствительные гены

После потери рекомбинации на W-хромосоме (Z-хромосомы всё ещё могут рекомбинировать у самцов) гены не могут сопротивляться накоплению вредных мутаций. В результате длительной генетической эрозии на W-хромосомах певчих птиц сохранилось и остаётся функциональным лишь несколько генов.

Эти сохранившиеся гены, как выяснилось, имеют более широкую или высокую экспрессию по сравнению с генами, которые были утрачены у других видов. Это указывает на их критически важные функции. Потеря этих генов, даже при наличии их копии на Z-хромосоме у самок, слишком затратна для вида из-за снижения дозы (дозировки) гена.