Variation er livets krydderi - især når det kommer til genetik. Vores arter har brug for DNA for at blande sig for at skabe genetisk mangfoldighed, som er nøglen til befolkningens helbred og hårdhed. Når celler deler sig og vokser, kan alle 22 par kromosomer i et menneske udføre genetiske bytter langs hele deres længder, bortset fra kønskromosomer. Fordi X og Y er forskellige i størrelse og i de gener, de bærer, forbliver disse to genetiske bundter udenfor.
Relateret indhold
- Vandbjørne er mester-DNA-tyve i dyreverdenen
- Fisk kan justere kønsbalancen i lyset af stigende temperaturer
- Forskere identificerer en "DNA-ur", der kan hjælpe med at forudsige dødelighed
Men forskning har vist, hvordan kønskromosomerne undertiden handler med genetiske data på udvalgte pletter - og det ser ud til, at deres udveksling er mere sløret end oprindeligt troet.
Et team ledet af Melissa Wilson Sayres ved Arizona State University tilbyder nye detaljer om, hvad der sker, når X- og Y-kromosomer bytter DNA under celledelingen, der giver anledning til æg og sæd. Spændende bekræfter deres arbejde, at når kønskromosomerne konverserer, et særligt gen, der er kritisk for mandlig udvikling, sommetider flyttes rundt ved et uheld. Resultaterne kunne hjælpe med at forklare, hvorfor nogle mennesker har kvindeligt DNA - et par X-kromosomer - men udvikler sig fysisk som mandlige.
For millioner af år siden var vores X- og Y-kromosomer stort set ækvivalente og kunne frit bytte genetisk materiale. I de fleste tilfælde favoriserer evolution denne udveksling af DNA mellem kromosomer, fordi det øger mangfoldigheden. Men i dag er X-kromosomet meget længere end Y-kromosomet, og kun to små matchende regioner er tilbage på spidsen. ”Vi taler ofte om, hvor forskellige X og Y er, ” siger Wilson Sayres. ”Men der er to regioner, hvor de er identiske, ” kaldes pseudoautosomale regioner. Det er her X- og Y-kromosomerne kan samarbejde og bytte DNA.
Tidligere arbejde fra genetikere David Page ved MIT og Bruce Lahn ved University of Chicago viste, at for millioner af år siden blev segmenter af X-kromosomet skåret, vendt og genindsat. Resultatet af denne mutation, kaldet en inversion, er, at X- og Y-kromosomerne ikke længere kunne interagere i det inverterede område. Analyser fra Wilson Sayres 'laboratorium har også tidligere vist, at inversioner på X-kromosomet er sket op til ni gange i vores evolutionære historie.
Disse inversioner "blev foretrukket af naturlig selektion, fordi de forhindrede, at det mandlige bestemmende gen rekombinerede på X, og lod X og Y udvikle sig uafhængigt, " siger Qi Zhou, en postdoktor ved University of California, Berkeley, der studerer udvikling af kønskromosomer i frugtfluer og fugle.
Fordi inversionsprocessen skærer generne i halvdel, kan forskere se de pseudoautosomale grænser på kromosomerne ved blot at se på DNA-sekvensen og identificere bidderne til afkortede gener. Så Wilson Sayres spekulerede på, om genetisk bytte, der sker inde i de pseudoautosomale regioner, måske efterlader en tydelig underskrift af mangfoldighed med skarpe grænser. ”Da rekombination sker i de pseudoautosomale regioner, bør der være øget mangfoldighed der i forhold til de andre dele af X-kromosomet, ” siger Wilson Sayres.
For at teste ideen analyserede hun og hendes bachelor-samarbejdspartnere i Arizona State mønstre af genetisk mangfoldighed på tværs af X-kromosomerne fra 26 uafhængige kvinder. Til deres overraskelse observerede holdet ikke en klar grænse. ”Mangfoldighed aftager med næsten en lineær hastighed over den pseudoautosomale grænse, hvilket antyder, at rekombinationsgrænser ikke er meget strenge, ” siger Wilson Sayres. I stedet for ser det ud til, at når pseudoautosomale regioner handler med DNA-uddrag, bliver nærliggende stykker af den omvendte region undertiden taget med på turen. Holdet præsenterer deres resultater denne uge på 2015-mødet i Society of Molecular Biology and Evolution i Wien.
Fundet "er virkelig vigtigt, fordi et af generne på Y-kromosomet, der er meget tæt på denne grænse, er SRY, den sexbestemmende region i Y, " siger Wilson Sayres. SRY er et gen, der er nøglen til at indlede testesudvikling hos mænd. "Hvis grænsen ikke er indstillet, kan du trække SRY-genet over på X-kromosomet, " siger hun. I dette tilfælde kan et individ med en XX-genotype, som typisk er kvindelig, i stedet udvikle sig som hanligt. også kaldet de la Chapelle-syndrom, forekommer hos 1 ud af 20.000 mennesker, der forekommer udvendigt mandlige. Personer med denne sjældne tilstand er normalt sterile.
"Masser af pattedyrarter har SRY, og det er meget forskellige steder på Y-kromosomet, fordi inversionerne skete mange gange uafhængigt i forskellige linjer, " tilføjer Wilson Sayres. ”Det er bare uflaks at SRY-genet hos mennesker er tæt på inversionsgrænsen.”
En undersøgelse i 2012 af Terje Raudsepp ved Texas A&M University og hendes kolleger havde allerede antydet, at fejl i XY-rekombination kan flytte SRY til X-kromosomet hos mennesker og sjimpanser. Det nye arbejde øger resultatet og viser en sandsynlig mekanisme. Fordi grænserne for udveksling af regioner er så uklar, er det sandsynligt, at XX mandligt syndrom ikke er et nyligt "fluke" -fænomen hos moderne mennesker, men har forekommet i mindst tusinder af år. ”XX-mænd forekom sandsynligvis med denne hyppighed gennem hele menneskets udvikling, ” siger Wilson Sayres.
Den nye analyse viser også en uventet top af genetisk mangfoldighed i et inverteret afsnit af X-kromosomet, der hos mennesker blev kopieret og føjet til Y-kromosomet. En af generne inden for denne top kaldes protocadherin 11, et gen, der antages at være involveret i hjerneudvikling. ”Folk antager normalt, at denne region er X-specifik, men faktisk viser vi, at der skiftes mellem X og Y i denne region, ” siger Wilson Sayres. Dette er vigtigt, fordi “den X-transponerede region ser ud som en ny tredje pseudoautosomal region. Dette kan føre til en ny proces for mandlige partiske gener fra Y til at hoppe ind på X, hvor de ikke hører hjemme, hvilket kan føre til yderligere kønskromosom genetiske lidelser. ”
”Arbejdet fra Dr. Wilson Sayres 'gruppe tilføjer helt sikkert dybden i analysen af de nysgerrige træk ved menneskekønskromosomer, ” siger Raudsepp.
