解釋Y染色體丟失的新理論

　　目前，德克薩斯大學阿靈頓分校（UT Arlington）的一個研究小組稱，他們通過對4000多種甲蟲的遺傳信息進行研究，提出了關于“為什么一些物種的Y染色體丟失，而另外一些物種（如人類）卻保留它”的一個新理論，他們稱之為“脆性Y染色體假說”。

　　生物學家們的想法是，Y染色體的命運，深受減數分裂或精子生產在一個生物體內如何起作用的影響。他們認為，X和Y遺傳信息融合或重組的區域，可以作為一個強大的線索，暗示物種在精子產生過程中處于Y染色體丟失的風險。先前的工作認為，Y染色體缺失是因為其攜帶更少的重要基因。

　　德克薩斯大學阿靈頓分校的博士生Heath Blackmon指出，以前對性染色體的大多數研究，既在哺乳動物中，也在果蠅中。但是，甲蟲是地球上變化最多的組群，科學家們已經描述和命名了350,000多種甲蟲。

　　Blackmon指出：“我們想進行這項研究的一個目的是，看看甲蟲是否能揭示出性染色體進化方式的任何新信息。”Blackmon和UT Arlington的生物學副教授Jeffery Demuth，將相關研究結果發表在最近的《Genetics》雜志。這項研究由美國國家衛生研究院贊助支持。

　　X和Y染色體基因控制人類的性別決定，XY染色體組合為男性，而XX染色體組合為女性。研究人員研究這些染色體的進化，在某種程度上，是為了了解關于人類進化和疾病的更多信息。某些疾病，如血友病，只與性染色體上的基因有關。

　　像人類一樣，甲蟲的性別決定是由一對XY染色體控制，大多數Y染色體比X染色體小。許多相同的進化動力應該在兩組都起作用。

　　Demuth表示：“我們實驗室感興趣的一件事情是，基因組結構的演變以及在何種約束下演化。性染色體特別有趣，因為它們很明顯是一個關鍵的發育開關，如果出錯，會導致過多或多少的副本，引發幾種重要的人類疾病。”

　　除了與哺乳動物相關的XY染色體組合之外，鳥類和其他動物還有ZW組合。在大自然的某些情況中，Y和W在進化中都丟失，產生了XO和ZO組合。

　　傳統上，科學家們將Y染色體的丟失解釋為，它不能包含足夠多的重要遺傳信息，所以它可有可無。在這一過程中，任何重要的基因從Y轉移到其他染色體，性別決定采取不同的路線。一些科學家甚至推測，在Y染色體上的所有基因丟失之前，人類Y染色體只大約只有1千萬年。

　　為了查明是否還有其他原因引起Y染色體丟失。Blackmon和Demuth組建了4724種甲蟲（也稱為鞘翅目）的一個染色體組型（一種染色體圖）數據庫。在這個大的范圍內，他們發現了他們所說的“性染色體系統的明顯變化”。然后，他們把注意力集中在甲蟲家族最大的兩個亞目——多食亞目，具有相對穩定的一個Y染色體，和肉食亞目，其有一個不穩定的Y染色體。

　　由此產生的脆性Y染色體假說，關注精子產生時X染色體和Y染色體如何分開的差異。許多物種，包括人類，其X染色體和Y染色體上有空間，在那里兩個染色體重組或融合。這就是所謂的“擬常染色體區域”（PAR）。在具有一個PAR的物種中，它是確保精子接受X或Y染色體的關鍵。

　　以前的遺傳學研究表明，自然選擇可縮小X和Y染色體之間的重組區域，使一個基因的不同版本傳遞給對它們最有利的性別。新的研究稱，PAR收縮，能夠使這樣一些后代產生，這些后代不具有更可能來自父親的X或Y染色體。

　　此外，有一些物種沒有擬常染色體區域，特殊的蛋白質帶領X和Y染色體前往精子細胞。UT Arlington研究小組的新理論稱，對PAR依賴性的缺乏，可使這些物種更不可能經受Y染色體丟失。

　　UT Arlington研究小組在甲蟲中所得到的結果，經得住哺乳動物世界的比較。胎盤哺乳動物通常需要PAR，以如實地將X和Y分離到精子中，而有袋類哺乳動物如袋鼠則不能。這個假說預測，胎盤哺乳動物已經多次丟失了Y染色體，而有袋類哺乳動物則沒有。此外，在胎盤哺乳動物中，具有較小PARs的動物，如嚙齒類動物，Y染色體丟失最常見。

　　Blackmon稱：“我們在動物中發現的模式確認非常重要，因為它意味著，即使在分離了上百萬年的群組中，也存在這個假說所預測的模式。哺乳動物和鳥類似乎具有非常穩定的性染色體和性別決定。許多其他的動物組群（包括魚類）的性染色體更容易受進化影響而發生改變。”