@ 2015.05.09 , 11:13

为什么Y染色体这么小

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携带独一无二的雄性动物的遗传密码的Y染色体,它不止个头比X染色体小,而且基因也比X要少。X染色体有超过1000个基因,而Y染色体不到200个,这200条基因中大多数甚至没什么用。为什么男性基因组中会有这种奇怪的、发育不良的染色体呢?

Y染色体是一个非常特殊的且技能有限的DNA组块。它的作用之一就是哺乳动物进化中提供雄性,但负责这项工作似乎让Y染色体有些怪异。

在哺乳动物进化之前,X染色体和Y染色体和细胞中其它染色体没什么两样。两个看上去也完全一样,携带着相同版本的基因,它们之间可以相互影响,在遗传细胞成熟分裂早期,即产生精子和卵子的过程中,交换遗传物质。

交换DNA使染色体重新排序,这个过程也称为重组。重组让大量的各种各样的基因组入驻精子和卵子,也是修复突变的一个重要的方法。每个染色体携带着相同基因的不同版本,而一条染色体中一个基因可以作为其它固定匹配的基因的模板。生物学家研究性染色体,认为Y染色体中的连环突变和重组使得它走上了一条奇怪的孤独道路。

最初,X染色体和Y染色体都有SOX3这条基因。SOX3是转录因子的蛋白质家族的一部分。细胞内转录因子有一个非常特别的工作:它们是DNA的数据库管理器。DNA为生成蛋白质存储编码指令,RNA(核糖核酸)将编码读取转换至蛋白质上,转录因子则影响细胞对编码的读取。它们的角色之一就是精心的将细胞们划分开来。SOX3帮助管理人类大脑的发育,影响现代两栖动物和爬行动物的性腺形成,在最早的哺乳动物身上也可能扮演类似的角色。

比较哺乳动物三个分支的Y染色体:胎盘哺乳动物、有袋哺乳动物和单孔目动物,发现1.8亿年前SOX3发生一系列突变,最后致使形成更加严格的性别决定制度。突变将SOX3转变成一种新形式,称为SRY基因,可能使进化中的性腺形成□□。其他染色体中包含SRY的部分都屁颠滚到了另一端的Y染色体上。转变之后,X染色体和Y染色体的基因序列已不再相同,SOX3 X也和Y染色体上的SRY编码桥归桥路归路了。SRY中的代码无法修复,Y染色体将自己扫地出门了。

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因为Y染色体再也无法和X染色体完美匹配,于是两条染色体失去了重组的能力。在雌性卵子中,X染色体仍然可以其它X染色体配对完成正确的突变,而Y染色体上的错误不断累积,有些基因甚至会重复一遍又一遍。染色体不同部位的DNA重新洗牌。但最重要的是,Y染色体上的基因减少了,除非它再长到以前的长度。

最终,只有现代Y染色体的最遥远的技巧表现得像个“正常”的染色体。这些微小的部分与X分享基因,这可能帮助X和Y减数分裂期间正确地排队。其余的染色体- 95%——通过改变由父亲传给儿子,除了偶尔的突变。

最后,只有最最最遥远的现代Y染色体会像“正常的”染色体那样行事。这些最微小的部分可以和X染色体分享基因,这可以帮助X染色体和Y染色体在成熟分裂时正确排队。其余的95%染色体则通过父亲传给儿子,除了偶尔的突变。

大部分Y染色体上的男性区域并不能生成有用的蛋白质,大部分都是反复重复相同的代码序列,其他部分有回文代码:从中心点开始到染色体两端,一直重复的序列。这些DNA的延伸可以让Y染色体重叠,按从前到后序列顺序进行修复,也保证仅有的几条基因正常工作。

因为呈散状分布,实际上只有约16条基因重码能制造蛋白质。有一些古老的关键性的基因是Y染色体和X染色体相同时期保留下来的古董。其中包括一种参与牙釉质形成的蛋白质和另一种在细胞内帮助建立机制关键部分的蛋白质。其余的工作额度基因是Y染色体所特有的,这些基因等于生存完全没影响:一半的人类并没有它们也活得好好的。但在支持帮助□□发育和生成精子蛋白质编码方面,从进化论的角度来看,它们责任重大。

本文译自 gizmodo,由译者 杨二姐 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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