Эволюция Y-хромосомы у человекообразных обезьян расшифрована

Новый анализ последовательности ДНК мужской Y-хромосомы всех ныне живущих видов человекообразных обезьян помогает прояснить наше понимание того, как эволюционировала эта загадочная хромосома. Более четкая картина эволюции Y-хромосомы важна для изучения мужской фертильности у людей, а также для понимания моделей размножения и возможности отслеживания мужских линий у человекообразных обезьян, что может помочь в усилиях по сохранению этих исчезающих видов.

Команда биологов и компьютерных специалистов из Penn State секвенировала и собрала Y-хромосомы орангутана и бонобо, сравнив эти последовательности с уже существующими последовательностями Y-хромосомы человека, шимпанзе и гориллы. Сравнение позволило уточнить модели эволюции, которые, по-видимому, соответствуют поведенческим различиям между видами, и реконструировать модель того, как могла выглядеть Y-хромосома у предка всех человекообразных обезьян.

Исследование опубликовано 5 октября 2020 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Особенности и сложности Y-хромосомы

Y-хромосома содержит относительно мало генов (многие из них участвуют в определении мужского пола и производстве сперматозоидов), большие участки повторяющейся ДНК и крупные палиндромы ДНК (инвертированные повторы длиной в тысячи "букв", которые читаются одинаково вперед и назад). Из-за высокой повторяемости с ней сложно работать в геномных исследованиях.

Неожиданные эволюционные паттерны

Предыдущее сравнение последовательностей человека, шимпанзе и гориллы выявило неожиданность: хотя люди ближе к шимпанзе генетически, по некоторым характеристикам (набор генов, типы повторов, общие палиндромы) человеческая Y-хромосома была больше похожа на Y-хромосому гориллы.

Новые данные по бонобо и орангутану позволили прояснить картину:

• У бонобо и шимпанзе обнаружены ускоренные темпы изменения последовательности ДНК и потери генов. Этот паттерн возник до эволюционного разделения этих двух видов.
• Y-хромосома орангутана (более дальнего родственника) выглядела так, как и ожидалось, исходя из известных родственных связей.

Гипотеза: влияние конкуренции сперматозоидов

Ускоренные изменения у шимпанзе и бонобо могут быть связаны с их брачными привычками. У этих видов одна самка спаривается с несколькими самцами за один цикл, что приводит к "конкуренции сперматозоидов". Это могло создать эволюционное давление для ускорения изменений в Y-хромосоме по сравнению с другими обезьянами, имеющими иные модели спаривания.

Реконструкция предковой хромосомы и механизм выживания

Используя набор последовательностей человекообразных обезьян, команда реконструировала вероятный вид Y-хромосомы общего предка современных видов. Многие повторяющиеся области и палиндромы уже присутствовали на этой хромосоме, что подчеркивает их важность.

Поскольку Y-хромосома не имеет парной хромосомы для рекомбинации, было высказано предположение, что ее длинные палиндромные последовательности могут рекомбинировать сами с собой, сохраняя свои гены. Данные техники Hi-C (изучающей трехмерную организацию хромосомы) показали, что области хромосомы, рекомбинирующие друг с другом, пространственно сближены ее структурой.