Y染色體會(huì)堅(jiān)持下去的

在2億多年的進(jìn)化過(guò)程中，Y染色體已經(jīng)大大縮小了。因此，研究人員更習(xí)慣用“無(wú)用”這個(gè)詞描述它。不過(guò)，“無(wú)用”并不等于不存在，盡管非哺乳類脊椎動(dòng)物的性染色體經(jīng)歷了相當(dāng)大的進(jìn)化更替。8月6日發(fā)表在《遺傳學(xué)趨勢(shì)》雜志上的一篇論文講述了一個(gè)名為“持久Y假說(shuō)”的新理論，該理論解釋了為什么Y染色體可能比最初出現(xiàn)時(shí)更有恢復(fù)力。

“人們普遍認(rèn)為，Y染色體在性別決定和精子產(chǎn)生方面具有重要功能，因此不會(huì)消失。但如果Y染色體轉(zhuǎn)移到基因組的其他地方，就意味著它的消亡。”論文合著者、澳大利亞悉尼新南威爾士大學(xué)教授 Paul Waters說(shuō)，“然而，我們認(rèn)為，Y染色體的未來(lái)是安全的，因?yàn)樗鼣y帶著對(duì)成功進(jìn)行男性減數(shù)分裂至關(guān)重要的‘劊子手’基因，而且與Y染色體上的其他基因不同，這些‘劊子手’基因是自我調(diào)節(jié)的。”

在減數(shù)分裂期間，有性繁殖的生物體形成單倍體配子(卵子和精子)，每個(gè)配子只包含每個(gè)染色體的一個(gè)副本。它們通過(guò)一輪基因組復(fù)制，以及連續(xù)兩輪細(xì)胞分裂來(lái)完成這一過(guò)程。這個(gè)減數(shù)分裂過(guò)程被嚴(yán)格控制，以避免不育和染色體異常。

減數(shù)分裂的一個(gè)步驟需要在一個(gè)特定窗口內(nèi)同時(shí)沉默X和Y染色體。“重要的是，Y染色體帶有調(diào)控這一過(guò)程的基因，這一特征多年來(lái)已經(jīng)為人所知。”西班牙巴塞羅那自治大學(xué)教授、論文合著者Aurora Ruiz-Herrera說(shuō)，“我們相信攜帶這些基因是保護(hù)Y染色體免于滅絕的原因。調(diào)節(jié)沉默過(guò)程的基因——Zfy基因，被稱為‘劊子手’基因。在減數(shù)分裂期間，當(dāng)這些基因在錯(cuò)誤的時(shí)間和位置被啟動(dòng)時(shí)，它們就會(huì)對(duì)精子細(xì)胞產(chǎn)生毒性，并影響精子細(xì)胞的發(fā)育。它們實(shí)際上扮演著自己的‘法官’‘陪審團(tuán)’和‘劊子手’的角色，通過(guò)這樣做保護(hù)Y染色體不會(huì)消失。”

除了少數(shù)幾種哺乳動(dòng)物，幾乎所有的哺乳動(dòng)物都有Y染色體。Y染色體重要貢獻(xiàn)的理解來(lái)自對(duì)極少數(shù)不遵守這項(xiàng)規(guī)則的哺乳動(dòng)物的研究——例如，少數(shù)種類的嚙齒動(dòng)物。“我一直堅(jiān)信，比較不尋常系統(tǒng)可以為其他系統(tǒng)提供信息。”Waters說(shuō)，“確定罕見(jiàn)Y染色體丟失的共同先決條件，使我們能夠建立Y染色體如何在大多數(shù)物種中存在的假設(shè)。”

在新冠大流行期間，Waters與Ruiz-Herrera的合作開始結(jié)出果實(shí)。“今年早些時(shí)候，我們提出了一項(xiàng)撥款申請(qǐng)，以研究減數(shù)分裂期間X染色體沉默。”Waters說(shuō)，“實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉后，我們決定把討論寫成一篇評(píng)論文章。我們不知道會(huì)偶然發(fā)現(xiàn)這樣一種直觀的機(jī)制解釋為什么哺乳動(dòng)物的Y染色體在大多數(shù)物種中存在。”接下來(lái)，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步研究“劊子手”基因是如何進(jìn)化的，并從進(jìn)化和功能的角度研究它們是如何被調(diào)節(jié)的。

“哺乳動(dòng)物Y染色體已經(jīng)被視為男子氣概的象征，不僅在大眾文化中，在科學(xué)界也是如此。”Ruiz-Herrera說(shuō)，“盡管如此，許多人預(yù)計(jì)，只要有足夠的時(shí)間，它最終將會(huì)消失。然而，我們認(rèn)為Y染色體可以逃脫這種命運(yùn)。所以我們的男同胞可以松一口氣了：Y染色體會(huì)堅(jiān)持下去的!”