Y染色體正在消失。一種新的性基因可能是男性的未來。
人類和其他哺乳動物嬰兒的性別是由Y染色體上的雄性決定基因決定的。但是人類Y染色體正在退化并可能在幾百萬年內(nèi)消失,導(dǎo)致我們的滅絕,除非我們進(jìn)化出新的性基因。
好消息是嚙齒動物的兩個分支已經(jīng)失去了Y染色體,并活著講述了這個故事。
最近的一篇論文美國國家科學(xué)院院刊展示了多刺大鼠如何進(jìn)化出一種新的雄性決定基因。
Y染色體如何決定人類性別
在人類中,與其他哺乳動物一樣,雌性有兩條X染色體,雄性有一條X染色體和一條稱為Y的微小染色體。這些名稱與它們的形狀無關(guān);X代表“未知”。
X包含大約900個基因,這些基因可以做各種與性別無關(guān)的工作。但 Y 包含基因少(約55個)和大量非編碼DNA– 簡單的重復(fù) DNA,似乎什么也做不了。
但Y染色體具有沖擊力,因?yàn)樗粋€非常重要的基因,可以啟動胚胎中的男性發(fā)育。
在受孕后約 12 周,該主基因會開啟調(diào)節(jié)睪丸發(fā)育的其他基因。胚胎睪丸產(chǎn)生雄性激素(睪酮及其衍生物),確保嬰兒發(fā)育為男孩。
這個主性基因被鑒定為 SRY(Y 上的性區(qū)域)在這一年里 1990.它通過觸發(fā)一種遺傳途徑來起作用,該途徑從一種叫做 SOX9 的基因開始,該基因是所有脊椎動物中雄性決定的關(guān)鍵,盡管它不位于性染色體上。
消失的 Y
大多數(shù)哺乳動物的 X 和 Y 染色體與我們相似;一個具有許多基因的 X,一個帶有 SRY 的 Y 加上其他一些基因。由于男性和女性中X基因的劑量不相等,該系統(tǒng)存在問題。
這樣一個奇怪的系統(tǒng)是如何演變的?令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是澳大利亞鴨嘴獸有完全不同的性染色體,更像鳥類的染色體。
在鴨嘴獸中,XY對只是一條普通的染色體,有兩個相等的成員。這表明哺乳動物X和Y在不久前是一對普通的染色體。
反過來,這一定意味著Y染色體在人類和鴨嘴獸分別進(jìn)化的1.66億年中失去了900-55個活性基因。這大約是每百萬年損失五個基因。按照這個速度,最后的55個基因?qū)⑾?a>1100萬年.
我們聲稱人類 Y 即將消亡掀起了軒然,直到今天,還有關(guān)于我們 Y 染色體的預(yù)期壽命的索賠和反索賠——估計(jì)在無窮大之間和幾千年。
沒有Y染色體的嚙齒動物
好消息是,我們知道有兩種嚙齒動物譜系已經(jīng)失去了Y染色體,并且仍然存活下來。
東歐的鼴鼠田鼠和日本的多刺鼠都擁有一些Y染色體和SRY完全消失的物種。X染色體在兩性中都以單劑量或雙劑量保留。
雖然目前尚不清楚鼴鼠田鼠如何決定性別沒有SRY基因,由北海道大學(xué)生物學(xué)家黑巖淺人(Asato Kuroiwa)領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊(duì)在多刺鼠方面運(yùn)氣更好,多刺鼠是日本不同島嶼上的三個物種,都瀕臨滅絕。
Kuroiwa的研究小組發(fā)現(xiàn),多刺大鼠Y上的大部分基因已被重新定位到其他染色體上。但她沒有發(fā)現(xiàn)SRY的跡象,也沒有發(fā)現(xiàn)替代它的基因。
2022 年,他們在美國國家科學(xué)院院刊.研究小組發(fā)現(xiàn)了雄性而不是雌性基因組中的序列,然后對這些序列進(jìn)行了改進(jìn),并在每只大鼠身上測試了序列。
他們發(fā)現(xiàn)的是多刺大鼠3號染色體上的關(guān)鍵性基因SOX9附近的微小差異。所有雄性都存在小重復(fù)(超過30億個堿基對中只有17,000個堿基對),沒有雌性。
他們認(rèn)為,這一小塊復(fù)制的DNA包含通常打開SOX9以響應(yīng)SRY的開關(guān)。當(dāng)他們將這種復(fù)制引入小鼠時,他們發(fā)現(xiàn)它增強(qiáng)了 SOX9 的活性,因此這種變化可以讓 SOX9 在沒有 SRY 的情況下工作。
這對人類的未來意味著什么
從進(jìn)化上講,人類Y染色體即將消失,這引發(fā)了人們對我們未來的猜測。
一些蜥蜴和蛇是雌性物種,可以通過所謂的孤雌生殖.但這不會發(fā)生在人類或其他哺乳動物身上,因?yàn)槲覀冎辽儆?0個關(guān)鍵的“印記”基因,只有當(dāng)它們通過精子來自父親時才會起作用。
為了繁殖,我們需要精子,我們需要男人,這意味著Y染色體的終結(jié)可能預(yù)示著人類的滅絕。
這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)支持另一種可能性——人類可以進(jìn)化出一種新的性別決定基因。唷!
然而,新的性別決定基因的進(jìn)化伴隨著風(fēng)險(xiǎn)。如果世界不同地區(qū)發(fā)展了多個新系統(tǒng)怎么辦?
性基因的“戰(zhàn)爭”可能導(dǎo)致新物種的分離,這正是鼴鼠田鼠和多刺鼠所發(fā)生的事情。
因此,如果有人在1100萬年后訪問地球,他們可能沒有發(fā)現(xiàn)人類 - 或者幾個不同的人類物種,被不同的性別決定系統(tǒng)分開。
珍妮·格雷夫斯,杰出遺傳學(xué)教授和副校長研究員,拉籌伯大學(xué)
本文轉(zhuǎn)載自對話根據(jù) Creative Commons 許可。閱讀原文.
本文的早期版本于 2022 年 12 月發(fā)布。
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