• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.04.2017
Сибирское отделение РАН
1 546

Мальчик или девочка? Хромосомы подскажут

С точки зрения эволюции половых хромосом, змеи — создания скучные. Сформировали себе систему ZW и ползают по ней веками. Их не сильно отдаленные родственники — ящерицы — подошли к вопросу определения пола более творчески. Исследователи Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН изучают то, как формируется пол.

Каролинский анолис
Каролинский анолис / ©ianimal.ru / Автор: Михаил Григорьев

Кстати, некоторые ящерицы и вовсе обходятся без мужского пола — они переходят на так называемое партеногенетическое размножение, его еще называют «девственным». Самцов в популяции либо нет, либо отсутствует их вклад в половой процесс. При этом большие группы «амазонок» способны захватывать и осваивать весьма обширные территории.

Определение пола (у разных видов это могут быть хромосомы X, Y, Z, W) – биологический процесс, в ходе которого развиваются половые характеристики организма. 

Владимир Трифонов
Владимир Трифонов / Юлия Позднякова

«Это ставит перед нами интересные биологические вопросы, связанные с тем, зачем нужна так называемая “двойная цена” за мужской пол (понятие “двойная плата за самцов” подразумевает то, что, с биологической точки зрения, половое размножение в два раза менее эффективно, чем бесполое; в первом случае потомство самок наполовину состоит из самцов, которые сами по себе размножаться не могут, во втором — популяция включает в себя только самок, каждая из которых способна дать детенышей. — Прим. авт.), если, например, успешные  пенангские чешуепалые гекконы, как и ряд других видов, обходятся без него», — говорит заведующий лабораторией сравнительной геномики ИМКБ СО РАН, кандидат биологических наук Владимир Трифонов.

У каролинского анолиса, который стал объектом исследования сибирских генетиков, в отношении пола все традиционно. Однажды эта ящерица — небольшая, меняющая свою окраску под настроение и обладающая острыми коготками — проснулась знаменитой: ее геном был секвенирован и сопоставлен с геномами птиц и млекопитающих.

«Мы тоже работали с этим видом и когда-то давно отсортировали хромосомы, получили библиотеки ДНК отдельных хромосом и все пытались понять, где же половые, — комментирует Владимир Трифонов. — Дело в том, что последние у ящериц меняются достаточно быстро. Например, у гекконов система половых хромосом похожа на ту, что у птиц (ZZ, ZW, где ZZ — гомозиготные организмы, носители двух одинаковых генов, определяющих признак, самки, а ZW — гетерозиготные самцы. — Прим. авт). У игуаноподобных ящериц система XX, XY сходна с теми, что есть у плацентарных млекопитающих и человека.  Очевидно, что у разных групп ящериц совершенно разные хромосомы берут на себя функцию половых и начинают определять пол и решать, самцом или самкой будет потомство». 

После основополагающей статьи в Nature по секвенированию генома каролинского анолиса стало известно, что у него система определения пола — XY, но не было ясности, какие именно хромосомы ответственны за механизм. «Единственное, что мы понимали: это микрохросомомы, потому что крупные были одинаковые и у самцов, и у самок», — говорит Владимир Трифонов. Микрохромосомы — мелкие хромосомы, существенно уступающие по размеру макрохромосомам.

Надо отметить, что у млекопитающих такого понятия как микрохромосомы вообще нет: все носители генетической информации у нас и наших собратьев по классу достаточно крупные и хорошо различимые под микроскопом. Однако, скорее всего, у предков позвоночных был геном, состоящий из макро- и микрохромосом, очень маленьких элементов. Такой  тип сохранился у большинства птиц, черепах, многих  видов ящериц, а также у разных таксонов рыб, включая акул.

«Микрохромосомы очень сложно изучать: описать, посчитать, упорядочить, — объясняет Владимир Трифонов. — Раньше можно было увидеть в микроскоп лишь некую точку среди пятидесяти таких же. Сейчас же к нам на помощь пришли биоинформатика и секвенирование нового поколения — и мы способны понять генный состав: набор всех генов, у которых прописаны свои функции. Как и большая часть хромосом в целом, микрохромосомы отвечают за многое — в них присутствуют и “гены домашнего хозяйства”, и “гены роскоши”, и т. д.». 

Генами домашнего хозяйства называют те участки ДНК, которые работают во всех клетках и тканях. Гены роскоши — те, что ответственны за специализацию клеток. Другими словами, есть набор, позволяющий клетке выжить, а есть  набор, обуславливающий то, что она делает для организма. 

Чтобы разгадать загадку половых микрохромосом каролинского анолиса, исследователи ИМКБ СО РАН изучили другой вид анолисов, у которого половые хромосомы по какой-то причине стали крупными и хорошо различимыми — серого анолиса. «Мы исследовали строение как Х, так и Y хромосом этих двух объектов и сравнили их, — говорит Владимир Трифонов. — Обнаружилось, что и та и другая хромосомы гомологичны (подобны, — NS) у обоих видов, и, как было потом показано, у остальных видов Anolis они очень похожи. Однако еще один результат оказался неожиданным. Выяснилось, что в ходе эволюции серого анолиса происходило что-то невероятное, у него некоторые микрохромосомы вдруг  непонятно почему начали сливаться с половыми».

Дело в том, что как раз с половыми хромосомами вообще редко что-то происходит — меняются стратегии размножения, идут мимо века и эпохи, гремят сексуальные революции, но наши носители генетической информации о том, кто должен родиться: мальчик или девочка, консервативны и незыблемы. «Если мы сравним человека и шимпанзе, то Х хромосома у них внешне совершенно не отличается, все перестройки происходят с аутосомами (парные хромосомы, не относящиеся к половым и одинаковые как у самцов, так и у самок, — NS). И это с большинством млекопитающих, на кого мы не посмотрим, — говорит Владимир Трифонов. — В случае же с серым анолисом мы видим совершенно другую стратегию — по какой-то причине Х и Y хромосомы становятся участниками хромосомных перестроек, и объяснить данное явление мы пока еще никак не можем. Это очень необычная эволюционная судьба». 

Половые хромосомы анолисов

Половые хромосомы анолисов

Итак, серый анолис демонстрирует: его микрохромосомы присоединяются к таким же маленьким половым и образуют одну большую группу сцепления. Кусочки новых перенесенных фрагментов сохраняются на Х хромосоме, а на Y начинают дегенерировать, и теперь у мужского пола будет не два варианта генов, чтобы выбрать, какой из них лучше, а только один — как, собственно, это и происходит у млекопитающих. 

«Мы опубликовали статью по этому исследованию в журнале Chromosoma, а дальше планируем расширять спектр ящериц, сейчас у нас в работе новые виды анолисов, ведется анализ отсеквенированного материала, — рассказывает Владимир Трифонов. — Особенно интересна дегенерация генов на Y хромосоме — теперь по эволюционной траектории они должны со временем вырождаться и превращаться в мелкую хромосому, богатую повторенными элементами. То есть останутся те гены, которые будут отвечать за определение пола, а все остальное можно спокойно выбрасывать, это не повлияет на жизнеспособность». 

Впрочем, как сказано еще в одной статье исследователей ИМКБ СО РАН, нечто странное происходит с половыми хромосомами и у некоторых других видов — это в первую очередь грызуны. Их стабильная, сложившаяся за много миллионов лет система начинает разрушаться: SRY-ген (он определяет мужской пол;  даже если у особи есть Y хромосома, но этот ген инактивирован, организм начнет развиваться по женскому типу) не работает. Однако в популяции присутствуют и самки, и самцы, что означает: возникли какие-то другие гены, пришедшие на помощь и взявшие на себя необходимые функции.

Таким образом, механизмы определения пола многообразны и удивительны. В некоторых случаях они эволюционируют: одни перестают работать, и эту функцию на себя берут другие. Какие — как раз и выясняют биологи.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сибирское отделение Российской академии наук — крупнейшее региональное отделение РАН, которое обеспечивает научно-методическое руководство над деятельностью ряда организаций РАН, расположенных в Сибири.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 13:07
ПНИПУ

Заготовки из металлических материалов создают с помощью технологий, основанных на плавлении. Но из-за перегрева и непостоянной температуры в процессе работы они не обеспечивают нужного качества деталей. Существует еще один способ получения таких изделий — с помощью послойной плазменной металлизации. Сегодня он почти не изучен, но разработка технологии формирования материала таким способом решит проблему изготовления габаритных изделий (например, коленчатых валов, корпусов подшипника), и обеспечит высокую производительность процесса. Ученые ПНИПУ проработали на практике технологию аддитивного формирования стальных заготовок таким способом. Результаты исследования позволят получать промышленные детали без дефектов с высокими эксплуатационными характеристиками.

10 часов назад
Дарья Г.

На сегодня удалось подтвердить существование тысяч экзопланет, но лишь около 25 из них получилось запечатлеть напрямую. Причем из них лишь шесть объектов старше 100 миллионов лет. И вот, наконец, ученые смогли сделать снимок взрослой экзопланеты.

Позавчера, 20:03
Андрей

Человек множеством способов загрязняет природу вокруг себя, преимущественно воду. В Мировой океан попадают как отходы с производств, так и тонны пластикового мусора. Все это способно отравлять жизнь морских животных, особенно редких вроде акул. Одним из малоизученных токсичных источников можно назвать наркотики, в частности кокаин. Случайное употребление этого вещества акулами раньше только предполагали, но теперь бразильские биологи нашли прямые доказательства.

22 июля
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Позавчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ изучила, как люди, владеющие двумя языками (билингвы), ассоциируют время с пространством. Оказалось, что и в первом, и во втором языке они связывают прошлое с левой частью пространства, а будущее — с правой. При этом чем выше уровень владения вторым языком, тем сильнее выражена эта связь.

22 июля
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно