X-Y染色體的「軍備競賽」

2020-11-20 科技工作者

赫裡福德牛。

近日，美國懷特海德研究所的科學家們首次展示了赫裡福德牛完整的、高解析度的Y染色體序列。

論文指出，為產生更多雄性後代，公牛的Y染色體「自私地」進化出了幾十個相同的睪丸特異性基因副本，當然，X染色體也有相應反擊。相關研究於當地時間11月18日在《基因組研究》雜誌中發表。

研究領導者David Page是麻省理工學院生物學教授，也是霍華德休斯醫學研究所的研究員。他說：「X染色體和Y染色體本就是衝突的設置，它們之間的競爭提示我們應當把這種衝突看作哺乳動物性染色體的普遍特徵。」

性染色體（X和Y）在約2億年前由一對正常的對稱染色體進化而來。人類女性有兩個X染色體，男性有一個X染色體和一個Y染色體。

Page的實驗室曾對不同分支哺乳動物的Y染色體進行測序，他們發現，在某些物種中，Y染色體上幾乎所有的遺傳物質都由經過數十倍（或數百倍）增強的DNA序列構成。例如，在小鼠體內，Y染色體上近98%的遺傳物質都是由重複的幾個睪丸特異性基因構成。不過，在人體內，這一比例只有約45%。

「這就像鋪滿鏡子的大廳。我們想知道這是否是齧齒動物獨有的特性。」Page說。

於是，科學家們研究了哺乳動物另一分支上的動物——牛。他們發現，牛的Y染色體基因密度是目前已觀測動物中最大的，這主要是因為其中96%的遺傳物質都是由重複序列組成的。

換言之，睪丸特異性基因的「鏡廳重複」也在公牛的Y染色體中也存在，這是為什麼呢？

研究人員在觀察牛的X染色體時發現了一條線索：決定雌性的染色體中也有一些睪丸特異性基因的複製品。

論文第一作者Jennifer Hughes說：「Y染色體的基因增強可能有助於Y染色體的傳遞，而X染色體的副本增強是在與之競爭。」

這種X-Y染色體的「軍備競賽」已在小鼠身上得到證實：在配子形成過程中，Y染色體的基因重複賦予它額外優勢。在之前的一項研究中，研究人員剔除了Y染色體的重複序列。結果表明，若沒有這些重複基因，精子細胞中的X染色體就會多於Y染色體，後代的性別比例也會向女性傾斜。

Hughes認為，這種競爭是自私的，因為性別比例失衡對物種而言不是好事。因此，這些增強型改變只對最終進入卵子的「幸運」染色體有利。在進化樹的不同分支中，這種自私（甚至有害）的機制持續了數百萬年。撇開進化理論不談，這一發現也許能幫助畜牧業工作者有效控制牛的後代性別比例。

編譯：花花 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《基因組研究》

期刊編號：1088-9051

原文連結：https://phys.org/news/2020-11-bull-chromosome-evolved-bully-gametes.html

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