男性迎来喘息:Y染色体并非正在消失

研究人员表示,令人担忧的萎缩已经停止,因为Y染色体是精英基因的堡垒,在全身发挥着至关重要的作用


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Y染色体绝对是我们染色体家族中最弱小的。在我们23对珍贵的遗传束中,第1对到第22对的大小基本相等。但是Y染色体——其中包含决定哺乳动物是否为雄性的基因——与更大的X染色体配对,并且大小相形见绌。事实上,Y染色体仅保留了大约19个基因,而大约2到3亿年前,它曾经与X染色体共享大约600个基因。
 
但是,根据4月24日出版的《自然》杂志上发表的新研究,Y染色体的衰落已经停止。科学家说,Y染色体在过去的2500万年中一直保持稳定。一个主要原因是,其剩余的许多基因对所有人类的生存至关重要,远远超出了性别决定。有一些基因会影响蛋白质合成、基因的活跃程度,以及其他将RNA片段拼接在一起的基因。它们存在于心脏、血液、肺部以及全身的其他组织中。麻省理工学院怀特黑德生物医学研究所的生物学家和主任大卫·佩奇说:“这些是细胞中央指挥室中的重要参与者。” 他是这篇新论文的作者之一,并表示这“终结了‘腐烂的Y染色体’的说法”。
 
尽管其他科学家同意佩奇的团队正在使Y染色体看起来相当强健,但“腐烂的Y染色体”观点的支持者之一并不信服。澳大利亚国立大学遗传学家詹妮弗·格雷夫斯说,过去的几百万年可能只是Y染色体长期退化趋势中的一个平静期。“至少有两个啮齿动物群体已经完全摆脱了它,”她说。
 
Y染色体在20世纪50年代后期开始失去尊重。当时担任美国人类遗传学会主席的遗传学家库尔特·斯特恩在一次演讲中指出,实际上只有极少数表达的基因位于Y染色体上。2002年,格雷夫斯和另一位科学家在《自然》杂志的一篇论文中指出,从早期哺乳动物谱系到灵长类动物,Y染色体一直在缩小,并预测雄性染色体将在1000万年后灭绝。这导致很多人想知道男性是否也会随之消失。
 
佩奇和他的同事,由他实验室的研究科学家丹尼尔·温斯顿·贝洛特领导,着手通过研究Y染色体的进化历史来检验这个想法。他们比较了八种哺乳动物物种染色体上DNA的完整序列。他们从化石记录中较早出现的物种开始,包括负鼠、公牛、大鼠和小鼠,然后研究了相对较晚出现的物种,包括恒河猴、黑猩猩和人类。
 
比较结果表明,数亿年前,Y染色体确实发生了佩奇所说的“灾难性的基因损失”。但是大约2500万年前,当猴子从黑猩猩中分离出来,然后黑猩猩又在大约700万年前从人类谱系中分离出来时,这种损耗停止了。佩奇说:“在最近的2500万年中,Y染色体的稳定性使我们感到震惊。”
 
他认为,这种稳定性来自于Y染色体上大约12个重要基因的核心,这些基因与男性性别决定、精子或男性性器官发育无关。相反,这些位于Y染色体上的基因在其他组织(如心细胞和血细胞)中表达。它们负责重要的细胞功能,如蛋白质合成或调节其他基因的转录。他说,这意味着Y染色体对整个生物体的生存至关重要,因此这些基因的生存将受到进化的青睐。
 
康奈尔大学遗传学家安德鲁·克拉克同意,一旦这些核心基因“经历了一场考验”,去除了Y染色体上不那么重要的DNA片段,它们就获得了显著的稳定性。
 
澳大利亚遗传学家格雷夫斯并不那么乐观。“Y染色体的退化显然不是一个线性过程,”她指出。“衰退的最后阶段很可能会出现很大的波动。” 她认为,这种稳定可能是暂时的。她说,日本的两种棘背鼠已经完全失去了哺乳动物的Y染色体,并将许多基因转移到其他染色体上。她补充说,两种鼹形田鼠物种已经完全失去了一些Y基因,可能正在使用其他基因来承担它们的功能。“尽管啮齿动物在尝试新的奇怪的性染色体系统方面似乎领先于灵长类动物,但我们不应自满,”她总结道。
 
佩奇回应说,他在如此多的物种中看到了这些核心Y基因的稳定性,进一步的损失似乎不太可能。“这种情况可能会发生,但我就是看不到,”他说。
 
佩奇说,持久存在的Y染色体及其储存的广泛调控基因给生物学家带来了另一个问题:男性和女性的细胞在生物化学上可能有所不同。男性拥有与Y染色体相关的基因,他们的细胞会与拥有两条X染色体的女性略有不同,这超出了与性别决定相关的差异。当生物学家用细胞系进行实验时,他们通常不会注意到细胞最初是来自男性还是女性。“我们长期以来一直在使用男女通用的模型,”佩奇说。这可能是无效的。在XX细胞系上进行的实验可能与在XY细胞系上进行的相同实验的结果不同。
 
佩奇说,这之所以重要,是因为一些疾病(如自身免疫性疾病)似乎对女性的影响更大,而其他问题(如自闭症谱系障碍)则更多地影响男性。但是,试图在细胞水平上解开这些谜团的生物学家基本上没有注意到可能影响他们结果的细微生物化学差异——因为他们没有比较男性和女性的细胞系。佩奇说,现在是时候摘下这些眼罩了。

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