Y-хромосома медленно исчезает. Новый половой ген может появиться в будущем

Пол человека и других млекопитающих зависит от гена, определяющим мужской пол, в Y-хромосоме. Но согласно исследованиям, человеческая Y-хромосома постепенно вырождается и может исчезнуть через несколько миллионов лет, что приведет к нашему вымиранию, если мы не разовьем новый половой ген.

Хорошая новость заключается в том, что две ветви грызунов уже потеряли свою Y-хромосому и дожили до того, чтобы рассказать об этом.

Новая статья в PNAS показывает, как у японской колючей крысы развился новый ген, определяющий самца.

Как Y-хромосома определяет пол человека

У людей, как и у других млекопитающих, женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины — одну Х-хромосому и маленькую хромосому под названием Y. Названия не имеют ничего общего с их формой; X означало «неизвестно».

X содержит около 900 генов, которые выполняют всевозможные функции, не связанные с полом. Но Y содержит несколько генов (около 55) и много некодирующей ДНК — простой повторяющейся ДНК, которая, кажется, ничего не делает.

Но Y-хромосома обладает преимуществом, потому что она содержит важнейший ген, запускающий развитие мужского пола в эмбрионе.

Примерно через 12 недель после зачатия этот основной ген включает другие, которые регулируют развитие яичка (семенники или тестикулы). Эмбриональное яичко вырабатывает мужские гормоны (тестостерон и его производные), что обеспечивает развитие ребенка как мальчика.

Этот основной ген пола был идентифицирован как SRY (половая область на Y) в 1990 году. Он работает, запуская генетический путь, начинающийся с гена под названием SOX9, который является ключевым для детерминации мужского пола у всех позвоночных, хотя он не находится на половых хромосомах.

Исчезающая Y-хромосома

Большинство млекопитающих имеют X- и Y-хромосому, сходную с нашей; X с большим количеством генов и Y с SRY плюс несколько других. Эта система сопряжена с проблемами из-за неодинакового количества генов X у мужчин и женщин.

Как возникла такая странная система? Удивительным открытием является то, что у австралийского утконоса совершенно другие половые хромосомы, больше похожие на таковые у птиц.

У утконоса пара XY представляет собой обычную хромосому с двумя равными членами. Это говорит о том, что у млекопитающих X и Y не так давно были обычной парой хромосом.

В свою очередь, это должно означать, что Y-хромосома потеряла 900–55 активных генов за 166 миллионов лет, в течение которых люди и утконосы развивались раздельно. Это потеря около пяти генов за миллион лет. При таких темпах последние 55 генов исчезнут через 11 миллионов лет, если потеря будет линейной.

Заявление о скорой гибели человеческой Y -хромосомы произвело фурор, и по сей день существуют заявления и встречные заявления об ожидаемом сроке жизни нашей Y-хромосомы — оценки от бесконечности до нескольких тысяч лет.

Грызуны без Y-хромосомы

Хорошая новость заключается в том, что мы знаем о двух линиях грызунов, которые уже потеряли свою Y-хромосому и все еще выживают.

И слепушонки Восточной Европы (небольшой зверек вида хомяковых), и колючие крысы Японии могут похвастаться некоторыми видами, у которых Y-хромосома и SRY полностью исчезли. Х-хромосома остается в единичной или двойной дозе у обоих полов.

Хотя пока неясно, как слепушонки определяют пол без гена SRY, команде ученых под руководством биолога из Университета Хоккайдо Асато Куроивы повезло больше с колючими крысами (Tokudaia osimiensis) — группой из трех видов на разных японских островах, находящихся под угрозой исчезновения.

Ученые обнаружили, что большинство генов Y колючих крыс были перемещены в другие хромосомы. Но они не нашли ни признаков SRY, ни гена, который его заменяет.

Теперь, наконец, они опубликовали успешную идентификацию в PNAS. Команда обнаружила последовательности, которые были в геномах самцов, но не были в геномах самок, затем уточнила их и проверила последовательность на каждой отдельной крысе.

Они обнаружили крошечную разницу вблизи ключевого полового гена SOX9 на хромосоме 3 колючей крысы. Небольшая дупликация (только 17 000 пар оснований из более чем 3 миллиардов) присутствовала у всех самцов и ни у одной самки.

Они предполагают, что этот небольшой фрагмент дуплицированной ДНК содержит переключатель, который обычно включает SOX9 в ответ на SRY. Когда они ввели эту дупликацию мышам, они обнаружили, что она повышает активность SOX9, поэтому это изменение может позволить SOX9 работать без SRY.

Что это значит для будущего человечества

Неизбежное — с точки зрения эволюции — исчезновение Y-хромосомы человека вызвало предположения о нашем будущем.

Некоторые ящерицы и змеи являются видами, состоящими только из самок, и могут производить яйца из собственных генов посредством так называемого партеногенеза.

Но этого не может произойти с людьми или другими млекопитающими, потому что у нас есть по крайней мере 30 важных «импринтированных» генов, которые работают, только если они получены от отца через сперму.

Чтобы размножаться, нам нужны сперматозоиды и мужчины, а это означает, что конец Y-хромосомы может предвещать вымирание человеческой расы.

Новое открытие поддерживает альтернативную возможность — что люди могут развить новый ген, определяющий пол.

Однако эволюция нового гена, определяющего пол, сопряжена с риском. Что, если в разных частях мира возникнет более одной новой системы?

«Война» половых генов может привести к обособлению новых видов, что и произошло с слепушонками и колючими крысами.

Таким образом, если кто-то посетит Землю через 11 миллионов лет, он может не найти людей — или найти несколько разных человеческих видов, отличающихся разными системами определения пола.

Автор: Дженни Грейвс, заслуженный профессор генетики и научный сотрудник Университета Ла Троб.