Y-хромосома человека и обезьян развивается намного быстрее, чем X-хромосома

Впервые исследователи полностью секвенировали половые хромосомы приматов, показав, как мужская Y-хромосома развивается с невероятной скоростью, в то время как женская Х-хромосома остается в основном статичной. Сравнивая эти результаты с геномом человека, авторы исследования обнаружили, что наш собственный вид во многом является частью этого эволюционного танца с быстро меняющимся генетическим кодом в мужской половой хромосоме.

У всех людей есть 23 пары хромосом, одна из которых содержит половые хромосомы. У женщин это влечет за собой присутствие двух Х-хромосом, а у мужчин — одну Х и одну Y.

Ученые, стоящие за новым исследованием, создали полные сквозные эталонные геномы для X- и Y-хромосом пяти человекообразных обезьян, включая шимпанзе, бонобо, горилл, борнейских орангутанов и суматранских орангутанов, а также еще одной обезьяны, сиамангского гиббона.

Прибавив к этому людей, исследователи смогли сравнить показания у разных приматов. При этом они обнаружили, что Y-хромосомы имеют тенденцию сильно различаться у разных видов, тогда как Х-хромосомы во многом схожи.

Например, более 90 процентов последовательностей Х-хромосомы обезьяны совпадают с Х-хромосомой человека, что указывает на относительно небольшую степень изменений за миллионы лет эволюции. Напротив, только от 14 до 27 процентов Y-хромосом обезьян совпадают с человеческой версией, что предполагает огромные быстрые изменения.

«Степень различий между Y-хромосомами этих видов была очень удивительной», — сказала в своем заявлении автор исследования Катерина Макова. «Некоторые из этих видов отделились от человеческого рода всего семь миллионов лет назад, что не так уж и много времени с точки зрения эволюции. Это показывает, что Y-хромосомы развиваются очень быстро».

Столь обширные вариации, вероятно, связаны с тем, что Y-хромосома не обменивается большим количеством генетической информации с другими хромосомами, а это означает, что она имеет тенденцию накапливать множество делеций (хромосомные перестройки) и других типов мутаций. Как следствие, Y-хромосома со временем становится все короче.

«Мы обнаружили, что у обезьян Y-хромосома уменьшается, накапливает множество мутаций и повторов и теряет гены», — сказала Катерина Макова . «Из-за этой деградации Y-хромосома, как предполагается, находится на пути к исчезновению у млекопитающих», — пишут авторы исследования в своей статье.

Однако они обнаружили, что, хотя Y-хромосома может становиться меньше, она вряд ли исчезнет полностью, поскольку некоторые из ее генов «эволюционируют в условиях очищающего отбора». Другими словами, определенные гены защищены механизмами безопасности, которые сохраняют важные последовательности нетронутыми.

Одна из этих стратегий выживания предполагает использование палиндромов, которые влекут за собой повторение последовательностей генов в зеркальном отображении друг друга, создавая две идентичные копии. В результате любое повреждение, возникшее в одной копии, можно исправить путем обмена информацией с соседним участком совпадающей ДНК.

«Наличие этих генов в палиндромах похоже на сохранение резервной копии», — говорит автор исследования Адам Филлиппи. По мнению исследователей, гены, защищаемые палиндромами, имеют тенденцию сильно различаться от вида к виду, хотя многие из них участвуют в сперматогенезе.

Учитывая, что Y-хромосома необходима для дальнейшего существования мужчин, эти механизмы очищающего отбора обеспечивают жизненно важную сеть безопасности для будущего человечества. И несмотря на предыдущие подозрения, что комбинация XY может вскоре уйти в прошлое, ученые настаивают на том, что «Y-хромосома вряд ли исчезнет в ближайшее время».

Исследование опубликовано в журнале Nature.