男性基因正在消失？两篇 Nature 揭示人类Y染色体的遗传奥秘……

男性基因正在消失？两篇Nature揭示人类Y染色体的遗传奥秘……不过近期，最新的“长读”测序技术终于揭示了贯穿一整条Y染的完整遗传信息，对数十条来自全球男性的Y染色体实现了全面、可靠地测序。这一艰巨、突破性的工作于今年8月发表在《自然》杂志。同行表示，它将指引我们探索性别基因、精子基因的作用机制，理解Y染色体的进化方式，以及分析它会否如预测那样在几百万年内消失。SRY引导男人长大大约六十年前，我们就已知道有种特殊的染色体决定人类和其他哺乳动物的出生性别。女性有一对X染色体，而男性有一条X染色体和一条体型小得多的Y染色体。Y染色体决定男性性别，因为它携带一种名为SRY的基因，该基因指导胚胎内细胞脊发育成睾丸。胚胎睾丸会产生雄性激素，进而引导男婴男性特征的发育。XX型胚胎没有Y染色体和SRY基因，因此相同的细胞脊会发育成卵巢。然后，雌性激素诱导女婴女性特征的发育。Y染色体是DNA垃圾场？如前文所述，相比X染色体和另外22种常染色体，Y染色体相当独特，体型很小，携带基因也很少——区区27个，要知道X染上有大约1000个基因。Y染色体基因包括SRY、少量指导精子生产的基因、一些似乎对生命至关重要的基因——这些基因里有不少是在X染色体上有对应者的。许多Y染基因（包括精子基因RBMY和DAZ）以多个拷贝形式存在。此外，如前文所述，DNA序列倒置、缺失的情况很常见。Y染色体还具备许多似乎对生物性状无贡献的DNA序列。此类“垃圾DNA”由高度重复序列组成，这些序列源自旧病毒的碎片、死亡基因以及碱基的简单重复。大量碱基重复序列占据了Y染色体的大部分；它们能结合荧光染料，让你通过显微镜看见它们存在。Y很奇怪Y染色体为什么如此独特？故事要从进化讲起。大量证据表明，1.5亿年前，X和Y只是一对普通染色体（鸟类和鸭嘴兽仍然如此），彼此并无差异，父母各提供一条——就像常染色体那样。后来，这对染色体上的SRY基因进化，定义了一个种新的原始Y染色体（proto-Y）。根据定义，这种原始Y染被永远限制于睾丸内，并且因大量细胞分裂和极少修复而发生一系列突变。原始Y染迅速衰退，每百万年失去约10个活跃基因，数量从原来的1000个减少到目前的区区27个。它一端的一个“伪常染色体（pseudoautosomal）”小区域保留了最初形式，与X染色体相同。关于这种衰退会否持续，学界有很大争论，因为按照这个速度，全人类的Y染将在几百万年内消失（就像啮齿动物已经遭遇的那样）。技术升级推动测序突破人类基因组的第一份草图于1999年完成。自那以后，科学家们成功对所有常染色体以及X染色体进行了测序（只留下少数缺漏）。他们使用短读长测序（short-readsequencing）技术来实现目标，具体操作包括将DNA切割成大约一百个碱基的小片段，然后像拼图一样重新组装它们。.Y染色体比X染色体小太多当然直到最近，新技术才有能力沿单个长DNA分子进行碱基测序，得到数千个碱基的长读片段。这些较长读段更容易区分，故而更容易组装。因此，科学家得以解析Y染色体上那些令人困惑的重复和环状结构。Y染变变变今年3月，美国国家人类基因组研究所的生物信息学家亚当·菲利普（AdamPhillippy）和端粒到端粒联盟（T2T）报道了除Y染色体外的人类基因组完整测序。当时，T2T联盟在社交媒体上表示，他们已经掌握了Y染序列。而眼下，正如他们于《自然》发表新文章所介绍的那样，Y染色体6200万碱基的复杂排列已被详尽解析，此前部分测序工作所缺漏的3000万碱基信息也给补上了。菲利普等人在《自然》上不只发了一篇文章，另一份同时见刊的工作对来自世界各地21个不同群体男性的43条Y染色体进行了测序，旨在采样人类的遗传变异。测序43条Y染后，研究团队发现，它们的遗传差异很大。团队成员之一查尔斯·李（CharlesLee）表示：我很惊讶于Y染色体上某些基因的拷贝数差异。举个例子，A男性的Y染色体有23个名为TSPY的基因拷贝，该基因被认为与精子形成有关，B男性的Y染色体却有39个TSPY拷贝。此外，他们还发现Y染色体大量重复区域的大小和组成存在差异。上图显示不同个体Y染色体尺寸的差异很大遗传学家马克·乔布林（MarkJobling，未参与工作）指出，Y染色体上的DNA组织和保守水平表明它并未退化至消失边缘。“这篇论文证实了Y染色体的基因内容本质上是保守的，Y染色体仍在退化并注定消失的想法被这一事实彻底击垮了。”目前尚不清楚这些变异会否影响男性的生育能力或其他特征。但知道它们的存在，为我们后续研究奠定了基础。研究人员现在可以开展大规模研究，挖掘Y染色体变异与健康问题的相关性，例如与Y染色体有关的膀胱癌。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384955.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384955.htm

1100万年后 决定性别的Y染色体将消失：人类会怎么样？

1100万年后决定性别的Y染色体将消失：人类会怎么样？为什么说Y染色体正在消失？关于Y染色体如何决定性别的，现在已经非常清楚了。1990年的时候，科学家确定了Y染色体上的一些特殊基因——被命名为SRY基因（Y上的性别区域）。SRY基因是一种转录因子，在受孕后大约12周的时候，它会启动其他调节睾丸发育的基因促使睾丸发育，然后胚胎睾丸产生雄性激素，并确保胎儿发育成男孩。虽然Y染色体在性别决定这点上有着不可或缺的作用，但是整条Y染色体对其它性状的影响，可以说是微乎其微。图：人类的性染色体基因情况因为其同源染色体——X染色体拥有1000多个基因，而Y染色体实际上只有45个基因，以及大量的非编码DNA（一些简单重复没啥实际作用的DNA）。对于大部分哺乳动物而言，在性别决定方面基本一致，都是由Y染色体上SRY基因决定的，而且Y染色体现状也基本一致——携带的基因很少。不过，有两种哺乳动物除外。第一种就是像鸭嘴兽这样原始的哺乳动物。鸭嘴兽虽然已经进化到用母乳哺育后代，但是它们没有胎盘，也没有育儿袋，而是像爬行动物一样是卵生的。通过观察鸭嘴兽的遗传信息发现，它们也不是单一的XY染色体决定性别，实际上他们拥有多条X和Y染色体，共同决定了鸭嘴兽的性别，在脊椎动物中独一无二。除此之外，鸭嘴兽的XY染色体也并不像其它哺乳动物那样十分“不对等”，在鸭嘴兽的细胞中，XY染色体更像是一对普通的同源染色体，携带的基因种类和数量基本一致。从鸭嘴兽的例子中，科学家推测出两个可能，第一个就是单一决定性别Y染色体是在哺乳动物出现之后才出现的，第二个则是它最初应该也是一条正常的染色体，和现在的X染色体应该基本一样。图：地球陆地现存几种动物分离时间鸭嘴兽和现存的其它哺乳动物的祖先在大约1.66亿年前开始分道扬镳，彼此演化，一些科学家就是以这个时间计算出人类Y染色体的“退化”速度的。大约就是平均每100万年丢失4.6个基因，那么剩下的45个基因，差不多就是还有1000万年，这可能就是人类Y染色体的寿命了。不过，很明显这种计算方法十分粗糙，所以人类的Y染色体具体还能存在多少时间有许多争议——现在我找到的数据来看，从几千年到永远不会消失的说法都有。虽然Y染色体永远不会消失的结论也有很多人相信，但更多人还是相信它确实会消失的，毕竟几乎所有哺乳动物的Y染色体确实有这种潜质。如果没有Y染色体的话，意味着男性将消失，而哺乳动物无法通过所谓的孤雌生殖用自己的基因直接产生后代——因为至少有30个“印记基因”必须来自雄性。那么这是否意味着，包括人类在内的许多哺乳动物最终结局就是灭亡于“雄性消失”呢？好吧，好消息是这样的事情可能不会发生，因为自然界已经有哺乳动物的Y染色体完全消失了，但是它们并没有灭绝。这些失去Y染色体的哺乳动物就是我们前面提到的第二种不使用XY性别决定系统的哺乳动物。奄美刺鼠ASATOKUROIWA失去Y染色体会怎么样？目前已知有两种哺乳动物是真的没有Y染色体，一种是在日本奄美大岛发现的奄美刺鼠(Tokudaiaosimensis)，另一种是东欧的东部田鼠(Ellobiustancrei)。这两种哺乳动物的雌性和雄性都只有一条X染色体，这条曾经的“性染色体”没有与自己配对的染色体，以单一形式存在，但是动物依然出现了雌性和雄性。很多人可能好奇，缺少一条染色体它们怎么还能正常活下来。其实这是正常的，特别是像Y染色体这种本身就没几个基因的，能决定的东西有限，真正奇怪的是他们怎么还能有雌雄之分。其实，在人类中确实存在拥有XX染色体是男性的情况，也存在XY确实是女性的，这个被称为性反转综合征。性反转综合征比想象得要多许多，就拿XX男性来说，大约是每2万人中就有一人是这样的。在人类中，之所以不需要Y染色体也能出现男性，其实原因特别简单，就是因为Y染色上的SRY基因在减数分裂的时候转移到其它染色体上了。只要有SRY基因，它就能激活睾丸的发育，自然就出现雄性，但是我们前面提到的两种动物，它们没有Y染色，也没有SRY基因。现在没人知道它们是如何发育出性别的，这依然是个谜，不过这两个例子可以告诉我们，哺乳动物的结局没那么可悲。日本的科研团队对奄美刺鼠进行了很长时间的研究，也完成了基因测序.虽然他们并没有发现任何雄性独有的变异，但是他们声称发现了一个比较有趣的事实，那就是奄美刺鼠3号染色体的两个副本之一有一个重复区域，就在SOX9基因旁边。我们前面提到过SRY基因是激活了其它基因才最终导致睾丸发育的，而它激活的途径就是开始于SOX9基因。东部田鼠这个变异很可能就是奄美刺鼠在没有SOX9基因的情况下，依然出现了性别的原因所在，因此他们把3号染色体定义为proto-X和proto-Y（原始XY染色）。奄美刺鼠的3号染色体能不能成为新的性染色体需要更多的研究去证实，但如果是这样的话，那么这对染色体可能会再次经历之前XY的过程——Y染色体不停减短。人类可能也会经历这个过程，大约1000万年后，或许人类种群中的一部Y染色体完全消失，只剩下一个X染色体继续繁衍。你可能还会好奇剩下的那个一个X染色体，其结果会怎么样？或许有两种可能，一个是它要么也逐渐消失，因为没有配对的染色体，随着时间推移它的突变量会快速积累，这不利于生存，如果种群没法将其剔除的话，等待它们的可能只有灭绝。北部鼹鼠另外一种可能是出现了一条与之配对的染色体，就像现在东部田鼠的近亲——北部鼹鼠一样，它们也是没有Y染色体的，但是它们的雌雄都有XX染色体。当然，这些都只是猜测，毕竟人类的Y染色体消失与否，都还存在很大争议，就短期上来看，确实没有找到有力证据表明它存在一些不稳定，会让它继续“退化”。不过无论结局如何，这都是一个漫长的过程，漫长到那时候的物种和现在的，在遗传上存在巨大的差异，只能划分为不同物种。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363681.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363681.htm

人类的性别和性向，其实和动物的分类很像。表面上，不同的分类清晰分明，简单直白。但如果仔细分析，你就会发现连鱼类到底是什么都很

人类的性别和性向，其实和动物的分类很像。表面上，不同的分类清晰分明，简单直白。但如果仔细分析，你就会发现连鱼类到底是什么都很难明确定义。但这并不可怕，也没什么不好的。注：现代生物分类使用单系群，即每一类生物必须是拥有某个共同祖先，且其所有后裔都必须归于这一类。但我们日常说的鱼类，并不符合这个定义，如果将所有鱼归于一个单系群中，则人类也必须是鱼。关于性别和性向的标签也好，关于动物分类的标签也好，都是人类在历史当中的某个时刻，为了方便称呼某些事物、某种概念而发明出来的词汇。词汇本身并没有内在的、绝对的定义。它们的价值和意义是我们人类给予的。很多词汇最早的来源，是基于肉眼观察某个事物的形态派生而来的。因为现在我们有了更多科学的研究方法，我们常常会发现旧的分类方式就不一定合理。比如当我们说到生理性别特征的时候，我们不止是在说生殖器官，也是在说性激素、染色体、基因表达等等各种与性别特征相关的生理特征。这些生理特征往往是非常多样的，当所有这些元素组合在一起时，我们发现将人类分成男性和女性两个大类，并没有严格的科学基础。不仅如此，在生理性特征之上，每个人对性别这个概念都有不同的解读，整个社会对性别这一概念又有一套复杂的预设。当然这不是说性别不重要，这只是说，我们得认识到，关于性别的一整套概念里，在生理性特征之上的所有内容都是人类自行赋予的定义和意义。这些定义并不是绝对的，也没有我们想象的那么简单明了。最后提醒一下大家，很多恐跨人声称间性别只是非常例外的情况。但实际上，间性别者在人口中至少占有2%。这比红头发的人还要多。2%这个数据的来源是美国国家生物技术信息中心。

哈佛大学科学家发现乳腺癌成因中缺失已久的一环

哈佛大学科学家发现乳腺癌成因中缺失已久的一环研究人员说，多达三分之一的乳腺癌病例可能是通过新发现的机制发生的。研究还表明，性激素雌激素是导致这种分子功能障碍的罪魁祸首，因为它直接改变了细胞的DNA。大多数乳腺癌都是由激素波动引起的。关于雌激素在乳腺癌中的作用，普遍的看法是它是癌症生长的催化剂，因为它刺激了乳腺组织的分裂和增殖，而这一过程具有致癌突变的风险。然而，新的研究成果表明，雌激素以一种更为直接的方式造成危害。这项研究的第一作者JakeLee说："我们的工作表明，雌激素能直接诱导导致癌症的基因组重排，因此它在乳腺癌发展中的作用既是催化剂又是诱因。"虽然这项工作对治疗没有直接影响，但它可以为设计跟踪治疗反应的测试提供信息，并能帮助医生检测有某些乳腺癌病史的患者的肿瘤复发。癌细胞的诞生人体由数以亿计的细胞组成。这些细胞中的大多数都在不断地分裂和复制，这一过程日复一日，终生维持着器官的功能。每次分裂，细胞都会将其染色体--一束束紧密压缩的DNA复制到一个新细胞中。但这一过程有时会出现意外，DNA会断裂。在大多数情况下，这些DNA断裂会被保护基因组完整性的分子机器迅速修复。然而，有时DNA断裂的修复工作会出现失误，导致染色体在细胞内错位或混乱。许多人类癌症就是以这种方式在细胞分裂过程中产生的，当染色体重新排列并唤醒休眠的癌基因时，就会引发肿瘤生长。当染色体发生断裂，而断裂的染色体在断裂处被修复之前又产生了第二个拷贝时，就会发生这样的染色体乱码。然后，在一次失败的修复尝试中，一条染色体的断裂端与其姐妹拷贝的断裂端融合，而不是与其原始伙伴融合。由此产生的新结构是一个畸形的、功能失常的染色体。在下一次细胞分裂过程中，畸形染色体被拉伸到两个新出现的子细胞之间，染色体"桥"断裂，留下含有癌基因的破碎片段，这些片段不断繁殖并被激活。某些人类癌症，包括某些乳腺癌，就是在细胞染色体以这种方式重新排列时产生的。芭芭拉-麦克林托克（BarbaraMcClintock）在20世纪30年代首次描述了这种功能障碍，她随后于1983年获得了诺贝尔生理学或医学奖。癌症专家通常可以通过基因组测序在肿瘤样本中发现这种特殊的畸变。然而，一部分乳腺癌病例并不存在这种突变模式，这就提出了一个问题：是什么导致了这些肿瘤？这些"冷门"病例引起了研究作者Park和Lee的兴趣。为了寻找答案，他们分析了780例乳腺癌患者的基因组。他们期望在大多数肿瘤样本中发现经典的染色体混乱，但许多肿瘤细胞却没有这种经典分子模式的痕迹。他们看到的不是典型的畸形和不适当修补的单条染色体，而是两条染色体融合了，令人怀疑的是，这两条染色体就在癌基因所在的"热点"附近。就像在麦克林托克的模型中一样，这些重新排列的染色体形成了桥，只不过在这种情况下，桥上有两条不同的染色体。在他们的分析中，三分之一（244例）的肿瘤存在这种独特的模式。Lee和Park意识到他们发现了一种新的机制，即"毁容"染色体的产生和断裂助长了神秘的乳腺癌病例。雌激素在乳腺癌中的新作用？当研究人员放大癌基因激活的热点时，他们注意到这些区域与DNA上的雌激素结合区非常接近。众所周知，当细胞受到雌激素刺激时，雌激素受体会与基因组的某些区域结合。研究人员发现，这些雌激素结合点经常位于发生早期DNA断裂的区域附近。这提供了一个强有力的线索，即雌激素可能以某种方式参与了导致癌基因激活的基因组重组。Lee和Park根据这一线索在培养皿中对乳腺癌细胞进行了实验。他们让细胞接触雌激素，然后使用CRISPR基因编辑技术切割细胞的DNA。当细胞修补断裂的DNA时，它们启动了一个修复链，导致了Lee和Park在基因组分析中发现的同样的基因组重排。众所周知，雌激素会促进乳腺细胞的增殖，从而助长乳腺癌的生长。然而，新的观察结果使人们对这种激素有了不同的认识。这表明，雌激素是癌症发生的一个更核心的角色，因为它直接改变了细胞修复其DNA的方式。研究结果表明，他莫昔芬等抑制雌激素的药物--通常用于乳腺癌患者以防止疾病复发--的作用方式比单纯减少乳腺细胞增殖更为直接。Lee说："根据我们的研究结果，我们认为这些药物除了抑制乳腺细胞增殖外，还可能阻止雌激素在细胞中引发致癌基因组重排。这项研究可改进乳腺癌检测。例如，检测染色体重排的基因组指纹可以提醒肿瘤学家病人的疾病正在复发。"类似的跟踪疾病复发和治疗反应的方法已被广泛用于携带关键染色体易位的癌症，包括某些类型的白血病。研究人员说，从更广泛的意义上讲，这项工作强调了DNA测序和仔细的数据分析在深化癌症发展生物学方面的价值。"这一切都源于一次观察。我们注意到，我们在基因组测序数据中看到的复杂突变模式无法用教科书上的模型来解释，"Park说。"但是现在我们已经把拼图拼好了，根据新的模型，所有的模式都是合理的。这令人无比欣喜"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370689.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370689.htm

科学家解开百年遗传之谜：掷分子骰决定蜜蜂性别

科学家解开百年遗传之谜：掷分子骰决定蜜蜂性别Csd基因可能有100多种变体，在决定蜜蜂性别方面起着关键作用。这些基因在有性生殖过程中结合在一起：如果基因组随后包含两种不同的Csd基因变体，则发育成雌性蜜蜂，然后将其养大（左图）。如果受精产生了两个相同的变体，就会发育出雄蜂，但雄蜂不是由工蜂饲养的。雄蜂（即无人蜂）是通过无性繁殖产生的。生物的性别对其形态、功能和行为有重大影响。生物的生理性别通常在其生命开始时就已确定。例如，在人类中，决定性别的"Y染色体"的存在决定了一个男人是否会出生。早在1845年，西里西亚牧师约翰-迪齐尔松（JohannDzierzon）就已经研究过蜜蜂（Apismellifera）的性别决定机制。其中，他发现了雄蜂--"无人蜂"--的无性繁殖。与人类不同，蜜蜂并不只有一条决定性别的染色体。由哈佛大学进化遗传学研究所的马丁-贝耶（MartinBeye）博士教授领导的研究小组现在已经确定，蜜蜂的性别是由一个被称为"Csd"（互补性决定基因）的单一基因通过特殊机制决定的。这种基因可以有100多种变异，即所谓的等位基因。在其他情况下，例如在花朵中，一个基因的不同等位基因可以决定花瓣的颜色。在有性受精的情况下，来自卵细胞和精子细胞的单个染色体组结合在一起，形成一个双二倍体染色体组。因此，现在每只有性受精的蜜蜂体内都有两个Csd基因变体。杜塞尔多夫的蜜蜂研究人员又有了新发现：如果Csd基因的两个等位基因不同，就会发育成雌蜂。相反，如果两条染色体上的等位基因相同，则发育成雄蜂。然而，由于蜜蜂希望避免近亲繁殖，工蜂并不哺育这些卵子。问题仍然是这种性别决定是如何在分子水平上发生的。主要作者玛丽安-奥特（MarianneOtte）博士说"我们必须知道，Csd基因的每个等位基因会产生不同的相关Csd蛋白变体，所有这些变体都略有不同。现在已经能够证明，只有不同的Csd蛋白能够相互结合，从而激活决定'雌蜂'的分子开关。相反，如果蛋白质相同，它们的结合方式不同，开关就不会被激活。在这种情况下，雄蜂就会发育，但却养不大"。贝耶教授是《科学进展》上这项研究的最后一位作者："这类似于两个骰子的分子游戏：不过，在这种情况下，掷出双倍骰子的一方并不是赢家。相反，掷出的骰子必须产生两个不同的数字，才能养育出新的蜜蜂--雌蜂"。相比之下，雄蜂是由未受精卵发育而成的。因此，这些雄蜂只有一个简单的染色体组，具有相同的Csd蛋白质。在产卵过程中，蜂后决定不向卵中添加精子。奥特博士"我们通过追溯Csd蛋白的开关功能，解开了一个存在了100多年的遗传之谜"。贝耶教授就进一步的研究问题发表了看法："工蜂是通过什么机制来识别受精卵是否含有两种不同的Csd蛋白，从而被转换为'雌性'的，目前还不得而知。由于蜂巢内光线昏暗，那么一定有嗅觉线索"。这些成果有望用于推进蜜蜂育种措施。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388747.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388747.htm

巨猿研究揭示 Y 染色体比 X 染色体进化更快

巨猿研究揭示Y染色体比X染色体进化更快猿类性染色体研究来自宾夕法尼亚州立大学、美国国家人类基因组研究所和华盛顿大学的一个国际研究小组为五个类人猿物种和一个较小类人猿物种的性染色体制作了完整的"端对端"参考基因组。他们的研究揭示了雄性特异性Y染色体的快速进化变化。这些发现加深了我们对性染色体进化的理解，有助于我们了解影响类人猿和人类的遗传疾病。类人猿中Y和X染色体的重要性"Y染色体对人类的生育能力非常重要，而X染色体则蕴藏着对生殖、认知和免疫至关重要的基因，"宾夕法尼亚州立大学生命科学维恩-威拉曼讲座教授、生物学教授兼研究小组组长卡捷琳娜-马科娃（KaterynaMakova）说。"我们的研究为今后研究性染色体、它们如何进化以及与之相关的疾病打开了大门。我们研究的非人类巨猿物种都濒临灭绝。获得它们完整的性染色体序列将有助于研究它们在野外的性别特异性散布及其对繁殖和生育的重要基因"。宾夕法尼亚州立大学和美国国家人类基因组研究所的研究人员领导的一项国际合作新生成了六个灵长类物种的性染色体的完整基因组，揭示了类人猿Y染色体的快速进化。这些结果可以为保护这些濒危物种提供信息，并揭示人类和我们近亲中与性有关的遗传疾病。图片来源：设计：鲍勃-哈里斯；摄影：圣地亚哥动物园和塔尔萨动物园从Y染色体变异性看进化的启示这种参考基因组是一个具有代表性的例子，有助于今后对这些物种的研究。研究小组发现，与X染色体相比，Y染色体在不同猿类物种之间的差异很大，而且含有许多物种特有的序列。然而，它仍然受到纯化自然选择的影响--这种进化力量通过清除有害突变来保护其遗传信息。这项新研究最近发表在《自然》杂志上。基因组测序的技术进步马科瓦说："2001年，研究人员对人类基因组进行了测序，但实际上并不完整。当时可用的技术意味着某些空白没有被填补，直到2022-23年由端粒到端粒（Telomere-to-Telomere，简称T2T）联盟领导的一项新的努力。我们利用人类T2T联盟开发的实验和计算方法，确定了我们在世近亲--类人猿--性染色体的完整序列。"类人猿的比较基因组学研究小组为五种类人猿--黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩、婆罗洲猩猩和苏门答腊猩猩--以及一种较小的类人猿--暹罗猿--制作了完整的性染色体序列。他们为每个物种的一个个体生成了序列。生成的参考基因组可作为基因和其他染色体区域的图谱，帮助研究人员对该物种其他个体的基因组进行测序和组装。这些物种以前的性染色体序列不完整，或者婆罗洲猩猩和暹罗猩猩的性染色体序列不存在。该研究的共同第一作者、宾夕法尼亚州立大学博士后研究员KarolPál说："Y染色体的测序一直是个挑战，因为它包含许多重复性区域，而且由于传统的短线程测序技术是在短时间内对序列进行解码，因此很难将得到的片段按照正确的顺序排列。T2T方法使用长读数测序技术，克服了这一难题。我们与美国国家卫生与遗传研究所（NHGRI）的亚当-菲利皮（AdamPhillippy）研究小组合作，结合计算分析的进步，使我们能够完全解决以前难以测序和组装的重复区域。通过比较X染色体和Y染色体之间以及不同物种之间的差异，包括与之前生成的人类X染色体和Y染色体的T2T序列的差异，我们了解到了有关它们进化的许多新情况。"Y染色体的高变异性宾夕法尼亚州立大学医学基因组学中心主任马科瓦说："性染色体开始时与其他任何一对染色体一样，但Y染色体由于在其大部分长度上不与其他染色体交换遗传信息，因此在积累许多缺失、其他突变和重复元素方面一直独树一帜。"因此，研究小组发现，在六个猿类物种中，Y染色体在包括大小在内的各种特征上的变化要比X染色体大得多。在所研究的猿类中，X染色体的大小从黑猩猩和人类的1.54亿个ACTG字母（代表组成DNA的核苷酸）到大猩猩的1.78亿个字母不等。相比之下，Y染色体的大小从暹罗猩猩的3000万个DNA字母到苏门答腊猩猩的6800万个字母不等。例如，人类和黑猩猩之间约有98%的X染色体是一致的，但它们之间只有约三分之一的Y染色体是一致的。研究人员发现，部分原因是Y染色体更有可能被重新排列或部分遗传物质被复制。此外，在Y染色体上，重复序列所占染色体的百分比变化很大。根据物种的不同，重复元素占X染色体的62%到66%，而占Y染色体的71%到85%。与人类基因组中的其他染色体相比，X和Y染色体上的这些百分比都更高。Y染色体生存策略马科瓦说："我们发现猿猴的Y染色体正在缩小，积累了许多突变和重复，并丢失了基因。那么，为什么Y染色体没有像以前的一些假说所说的那样消失呢？我们与坦普尔大学的谢尔盖-科萨科夫斯基-庞德等人合作发现，Y染色体上仍有许多基因在净化选择--一种保持基因序列完整的自然选择--下进化。其中许多基因对精子发生非常重要。这意味着Y染色体不可能很快消失。"研究人员发现，Y染色体上的许多基因似乎采用了两种生存策略。第一种是利用基因冗余--染色体上存在同一基因的多个拷贝--这样基因的完整拷贝就能补偿可能发生突变的拷贝。研究小组首次完成了猿类性染色体上多拷贝基因家族的图谱，从而量化了这种基因冗余。第二种生存策略是利用回文，即DNA字母表中的字母序列后跟有相同但倒置的序列，例如ACTG-GTCA。当基因位于回文染色体内时，就能从回文染色体纠正突变的能力中获益。帕尔说："我们发现，Y染色体可以在两个回文染色体臂的重复序列之间与自身交换遗传信息。当同一基因的两个拷贝位于回文染色体内，其中一个拷贝发生突变时，可以通过与另一个拷贝进行基因交换来挽救突变。这可以弥补Y染色体与其他染色体遗传信息交换的不足。"研究小组还首次获得了猿类性染色体上回文染色体的完整序列，因为以前很难对它们进行测序和研究。他们发现，猿猴Y染色体上的回文染色体特别多而且特别长，但它们通常只在近亲物种之间共享。猿类基因组研究的进展研究人员还与约翰-霍普金斯大学的迈克尔-沙茨及其团队合作，对129只大猩猩和黑猩猩的性染色体进行了研究，以更好地了解每个物种内部的遗传变异，并寻找自然选择和其他进化力量作用于它们的证据。宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授、论文作者之一ZacharySzpiech说："通过将大猩猩和黑猩猩的性染色体测序读数与我们的新参考序列进行比对，我们从之前研究过的大猩猩和黑猩猩个体中获得了大量新信息。虽然未来增加样本量将非常有助于提高我们检测不同进化力量特征的能力，但在与濒危物种合作时，这在伦理和后勤方面都可能具有挑战性，因此我们能最大限度地利用现有数据是至关重要的。"研究人员探索了能够解释大猩猩内部和黑猩猩内部Y染色体变异的各种因素，这一分析揭示了Y染色体上净化选择的额外特征。对未来研究和保护工作的影响宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授克里斯蒂安-胡贝尔（ChristianHuber）是这篇论文的作者之一，他说："我们将生物信息学技术和进化分析有力地结合在一起，使我们能够更好地解释我们的近亲类人猿性染色体的进化过程。"此外，我们制作的参考基因组将有助于未来对灵长类进化和人类疾病的研究。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435167.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435167.htm