Ученые определили последовательность Y-хромосом бонобо и орангутанов
Мужская Y-хромосома играет решающую роль в определении пола и мужской фертильности. Однако из-за своей повторяющейся природы она часто отсутствует в сборках генома и остается загадкой. В новом исследовании группа ученых из Университета штата Пенсильвания секвенировала и собрала Y-хромосому бонобо (Pan paniscus) и суматранского орангутана (Pongo abelii). Они также реконструировали предковую Y-хромосому человекообразных обезьян, сравнив три существующих (горилла, человек и шимпанзе) и две новые сборки Y-хромосомы, и обнаружили, что многие из их повторяющихся последовательностей и многокопийных генов, вероятно, уже присутствовали у их общего предка.
Y-хромосома необычна. Она содержит относительно немного генов, многие из которых участвуют в определении мужского пола и выработке спермы; большие участки повторяющейся ДНК, короткие последовательности, повторяющиеся снова и снова; и большие палиндромы ДНК, инвертированные повторы, которые могут состоять из многих тысяч букв и читаться одинаково вперед и назад.
Предыдущий анализ последовательностей генов человека, шимпанзе и гориллы выявил некоторые неожиданные закономерности: люди более тесно связаны с шимпанзе, но по некоторым характеристикам Y-хромосома человека больше похожа на Y-хромосому гориллы.
«Если вы просто сравните идентичность последовательностей, то люди больше похожи на шимпанзе, как и следовало ожидать», — сказала старший автор работы, профессор Катерина Макова, с кафедры биологии Университета Пенсильвании.
«Но если вы посмотрите, какие гены присутствуют, типы повторяющихся последовательностей и общие палиндромы, люди будут больше похожи на горилл. Нам нужна была Y-хромосома других видов обезьян, чтобы выяснить подробности того, что происходит».
Профессор Макова и ее коллеги секвенировали Y-хромосому бонобо, близкого родственника шимпанзе, и орангутана, более отдаленного родственника человека.
С помощью этих новых последовательностей они смогли увидеть, что бонобо и шимпанзе разделяют необычный паттерн ускоренных темпов изменения последовательности ДНК и потери генов, предполагая, что этот паттерн возник до эволюционного раскола между двумя видами.
С другой стороны, Y-хромосома орангутана, которая служит внешней группой для обоснования сравнений, выглядела примерно так, как вы ожидаете, исходя из ее известной связи с другими человекообразными обезьянами.
«Наша гипотеза заключается в том, что ускоренные изменения, которые мы наблюдаем у шимпанзе и бонобо, могут быть связаны с их брачными привычками», — говорят ученые.
«У шимпанзе и бонобо одна самка спаривается с несколькими самцами в течение одного цикла. Это приводит к тому, что мы называем «конкуренцией сперматозоидов», когда сперма нескольких самцов пытается оплодотворить одну яйцеклетку».
«Мы думаем, что эта ситуация может оказать эволюционное давление, чтобы ускорить изменения в Y-хромосоме шимпанзе и бонобо по сравнению с другими обезьянами с другими моделями спаривания, но эта гипотеза, хотя и согласуется с нашими выводами, требует оценки в последующих исследованиях».
В дополнение к раскрытию некоторых деталей того, как Y-хромосома развивалась у отдельных видов, команда ученых использовала набор последовательностей великих обезьян, чтобы реконструировать, как могла бы выглядеть Y-хромосома у предков современных человекообразных обезьян.
Результаты исследования были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.