Почему «слабый» Y-хромосома не исчезла в процессе эволюции

Y-хромосома значительно меньше своей пары, X-хромосомы, и за 200 миллионов лет эволюции сильно уменьшилась. Её даже называли «слабой», однако она продолжает существовать, несмотря на то, что половые хромосомы у позвоночных, не являющихся млекопитающими, часто сменяются в эволюции. В статье-мнении, опубликованной 6 августа в журнале Trends in Genetics, изложена новая теория — «гипотеза устойчивой Y-хромосомы», — объясняющая, почему Y-хромосома может быть более жизнеспособной, чем кажется.

Защита «генами-палачами»

Считается, что Y-хромосома защищена от исчезновения благодаря своей роли в определении пола и производстве сперматозоидов. Однако авторы статьи предполагают, что её будущее обеспечено, потому что она несёт гены-палачи (executioner genes), критически важные для успешного протекания мужского мейоза. В отличие от других генов на Y-хромосоме, эти гены способны к саморегуляции.

Во время мейоза у организмов, размножающихся половым путём, образуются гаплоидные гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды). Этот процесс жёстко регулируется, чтобы избежать бесплодия и хромосомных аномалий. Один из этапов требует заглушения (силенсинга) обеих половых хромосом (X и Y) в определённый момент.

Y-хромосома содержит гены, регулирующие этот процесс — гены семейства Zfy. Если эти гены включаются в неподходящее время или в неподходящем месте во время мейоза, они становятся токсичными и «казнят» развивающуюся клетку сперматозоида. Таким образом, они действуют как собственный судья, присяжные и палач, защищая Y-хромосому от потери.

Изучение исключений и происхождение гипотезы

Y-хромосома присутствует у всех млекопитающих, за редким исключением (например, у некоторых видов грызунов). Изучение этих необычных систем, где Y-хромосома была утрачена, помогло сформулировать условия, необходимые для её сохранения у большинства видов.

Сотрудничество авторов статьи, Пола Уотерса и Авроры Руис-Эрреры, начавшееся на расстоянии, принесло плоды во время пандемии COVID-19. После закрытия лабораторий учёные решили развить свои обсуждения в обзорную статью и неожиданно пришли к интуитивно понятному механизму, объясняющему устойчивость Y-хромосомы.

Будущее «символа маскулинности»

В дальнейшем исследователи планируют подробнее изучить, как эволюционировали гены-палачи и как они регулируются.

«Млекопитающая Y-хромосома воспринималась как символ маскулинности как в популярной культуре, так и в научном сообществе, — говорит Аврора Руис-Эррера. — Несмотря на прогнозы о её eventualной потере, мы предполагаем, что Y-хромосома может избежать этой участи. Так что наши коллеги-мужчины могут вздохнуть спокойно: Y-хромосома сохранится!»