Мужская Y-хромосома способствует эволюции половых различий в размерах тела

Новое исследование Уппсальского университета, опубликованное в Nature Ecology & Evolution, на примере жуков показывает, что, несмотря на малое количество генов, Y-хромосома может кардинально менять размер тела самцов и способствовать эволюции половых различий.

Самки и самцы сильно различаются по морфологии, физиологии и поведению. Эволюция таких различий (полового диморфизма) — сложная задача, так как оба пола имеют общий набор генов. Новое исследование демонстрирует, что даже небольшие генетические различия между полами могут способствовать эволюции диморфизма всего за несколько поколений.

«Наши эксперименты показывают, что как аутосомы, так и половые хромосомы (X и Y) могут содержать генетические вариации, важные для полового диморфизма. Но только Y-хромосома может изменять разницу в размерах между полами на целых 30%. Это удивительно, учитывая, что у этих жуков Y-хромосома содержит всего несколько генов, как и у человека. Многие считали, что Y влияет только на ключевые репродуктивные процессы у самцов, например, на производство спермы. Наши данные говорят о более широкой роли Y-хромосомы», — говорит первый автор исследования, аспирант Филипп Кауфманн.

Эволюция полового диморфизма зависит не только от генетической вариации, но и от действия естественного и полового отбора. Эксперименты с искусственным отбором показали, что половой диморфизм по размеру мог эволюционировать при отборе по размеру самцов. Однако когда отбор действовал только на самок, общая часть генома вызывала сопряженный эволюционный ответ у самцов, препятствуя дивергенции.

«Наиболее резкое изменение полового диморфизма — увеличение на 50% всего за десять поколений — произошло при полово-антагонистическом отборе, то есть когда благоприятствовал противоположный размер тела у двух полов. Это показывает, что при правильном отборе половые различия могут эволюционировать быстро, возможно, легче, чем считалось ранее», — отмечает руководитель исследования, доцент Элина Иммонен.

Методология исследования

1. Генетическая архитектура: Ученые создали обширную родословную из более чем 8000 жуков (Callosobruchus maculatus), чтобы количественно оценить генетическую вариацию, связанную с аутосомами и половыми хромосомами, в определении размера тела.
2. Искусственный отбор: В течение десяти поколений применялись разные режимы отбора: только по самцам, только по самкам и полово-антагонистический. Затем сравнивали половой диморфизм между линиями отбора и исходной популяцией. Эти эксперименты указали на важную роль Y-хромосомы в реакции самцов на отбор.
3. Изоляция эффекта Y-хромосомы: Чтобы проверить эффект Y-хромосомы в отрыве от остального генома, исследователи вводили разные Y-хромосомы в генетически идентичный фон, создавая жуков, которые были «идентичными близнецами», за исключением Y-хромосомы.