Informatie

Y-chromosoom veranderende geslachtsverhoudingen


Het principe van Fisher verklaart waarom de geslachtsverhoudingen bij de meeste seksueel voortplantende soorten ongeveer zijn: $1:1$. Gezien het feit dat bij mensen en veel andere dieren, mannetjes en vrouwtjes genetisch verschillen, lijkt het erop dat dit problemen zou moeten opleveren voor het principe van Fisher.

Stel dat het Y-chromosoom van een dier een mutatie had die de door het dier geproduceerde verhoudingen van mannetjes tot vrouwtjes verhoogde. In het uiterste geval zouden we ons een mutatie kunnen voorstellen waarbij het sperma van het dier alleen Y-chromosomen droeg. Hoewel dit volgens het Fisher-principe slecht zou zijn voor het totale aantal nakomelingen dat door het dier wordt voortgebracht, lijkt het goed te zijn voor het Y-chromosoom zelf, aangezien het nu in alle nakomelingen van het dier aanwezig zal zijn (aangezien ze zijn allemaal mannelijk), in plaats van slechts de helft van de nakomelingen. Ik zou daarom verwachten dat een dergelijke mutatie zich zou verspreiden, waardoor de geslachtsverhoudingen zouden verschuiven van $1:1$.

Zijn scenario's zoals degene die ik hierboven heb geschetst daadwerkelijk voorgekomen in soorten? Zo niet, waarom niet?


Dit soort dingen gebeuren absoluut; nuttige zoektermen zijn "sex ratio distortion", "segregation distortion" (d.w.z. het wijzigen van de verhoudingen waarmee verschillende chromosomen segregeren) en "meiotic drive" (een specifieke vorm van segregatievervorming).

Jouw scenario (Y-chromosoomgenen die alle nakomelingen dwingen om mannelijk te zijn) komt veel minder vaak voor dan het omgekeerde (X-chromosoomgenen, of andere genomische elementen, die alle nakomelingen dwingen om vrouwelijk te zijn), omdat het gemakkelijk is voor een volledig vrouwelijke afstamming om zichzelf in stand houden door parthenogenese. Lyttle (1991) zegt:

Een sterke Y-drive is noodzakelijkerwijs van voorbijgaande aard, omdat de onderdrukking van de drive ofwel zeer snel moet evolueren, anders zal de populatie tot uitsterven worden gedwongen. Dit kan verklaren waarom er in de natuur maar weinig Y-aandrijfsystemen zijn waargenomen.

Lyttle beschrijft echter verder:

  • W-chromosoomaandrijving in vlinders (bij vlinders zijn vrouwtjes het heterogametische geslacht - de geslachtschromosomen zijn Z en W, ZZ-individuen zijn mannelijk en ZW-individuen zijn vrouwelijk). Dus dit lijkt een beetje op je Y-chromosoomvoorbeeld, behalve dat de populaties volledig vrouwelijk zijn in plaats van volledig mannelijk
  • mannetje rijden in muggen

Jaenike (2001) zegt:

Hoewel verschillende soorten Y-drive vertonen, komt X-drive veel vaker voor.

Tabel 1 in dat artikel geeft voorbeelden van Y-drives bij huisvliegen, muggen, medflies, lemmingen en veldmuizen. (Ik zou een afbeelding toevoegen, maar de tabel strekt zich uit over 4 pagina's ...)


Wat betreft uw laatste vraag,

Ik zou daarom verwachten dat zo'n mutatie zich zou verspreiden, waardoor de geslachtsverhoudingen weg zouden lopen van 1:1... Zijn scenario's zoals degene die ik hierboven heb geschetst daadwerkelijk voorgekomen bij soorten? Zo niet, waarom niet?

Ik heb niet alle originele literatuur die Jaenike (2001) citeert doorgespit om te zien of er populaties in de natuur zijn die mannelijk scheef zijn vanwege egoïstische Y-chromosomen. Het punt dat Lyttle maakt, is dat, zelfs als je bewijs kunt vinden voor het bestaan ​​van egoïstische Y-chromosomen die zich in de populatie verbergen, het erg onwaarschijnlijk dat deze zeer lang in natuurlijke populaties zullen blijven bestaan, vanwege de sterke selectie tegen hen op populatieniveau (en uit de rest van het genoom); of de populatie zal uitsterven, of er zullen moderators evolueren die het drijvende effect van het Y-chromosoom onderdrukken.


Jaenik, John. "Geslachtschromosoom Meiotische Drive." Jaaroverzicht van ecologie en systematiek 32, nee. 1 (2001): 25-49. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.32.081501.113958.

Lyttle, Terrence W. "Segregatievervormers." Jaaroverzicht van genetica 25, nee. 1 (1991): 511-81. https://doi.org/10.1146/annurev.ge.25.120191.002455.


Geslachtschromosoom Meiotische Drive

AbstractGeslachtschromosoomaandrijving verwijst naar de ongelijke overdracht van X- en Y-chromosomen van individuen van het heterogametische geslacht, wat resulteert in vertekende geslachtsverhoudingen tussen nakomelingen en binnen populaties. De aanwezigheid van drijvende geslachtschromosomen kan de gemiddelde fitheid binnen een populatie verminderen, een intragenomisch conflict veroorzaken tussen het X-chromosoom, de Y en de autosomen, en de intensiteit of modus van seksuele selectie binnen soorten veranderen. Geslachtschromosoomaandrijving, of het genetische equivalent daarvan, is bekend bij planten, zoogdieren en vliegen. Veel soorten die X-chromosomen aansturen, hebben Y-gebonden en autosomale onderdrukkers van de drive ontwikkeld. Als een aandrijfpolymorfisme niet stabiel is, kunnen aandrijfchromosomen zich verspreiden naar fixatie en het uitsterven van een soort veroorzaken. Bepaalde kenmerken van soorten, zoals populatiedichtheid en vrouwelijke paringssnelheid, kunnen de waarschijnlijkheid van fixatie van drijvende chromosomen beïnvloeden. Dus geslachtschromosoomaandrijving zou een middel kunnen zijn voor selectie op soortniveau.


Achtergrond

De processen van geslachtsbepaling zijn enorm divers in teleosten en omvatten hermafroditisme en omgevingsgeslachtsbepaling evenals genetische geslachtsbepaling [1]. In de meeste gevallen zijn de mechanismen van genetische geslachtsbepaling van teleostvissen heel anders dan die van tetrapoden, hoewel ze ongeveer 450 miljoen jaar geleden uit dezelfde afstamming kwamen en ongeveer 70% genoomsequentieovereenkomst delen [2]. Anders dan bij zoogdieren en vogels, waar onderscheidbare geslachtschromosomen en gemeenschappelijke geslachtsbepalende hoofdgenen aanwezig zijn [3, 4], zijn heterogametische geslachtschromosomen slechts waargenomen bij ongeveer 270 soorten (minder dan 1%) teleostvissen daarvan, ongeveer 70% zijn mannelijk heterogametisch (XX-vrouwtjes en XY-mannetjes) en 30% is vrouwelijk heterogametisch (ZZ-mannetjes en ZW-vrouwtjes) [5,6,7].

Bij teleost-soorten is een grote verscheidenheid aan genetische geslachtsbepalende mechanismen geïdentificeerd, waarbij verschillende genen dienen als de "hoofdgeslachtsbepalende genen", zoals DMRT1 in medaka-soorten Oryzias latipes en O. curvinotus [8, 9], GSDF in de medaka-soort Oryzias luzonensis [10], SDY in regenboogforel (Oncorhynchus mykiss) [11], en AMHY in de Patagonische pejerrey (Odontestthes hatcheri) [12]. Naast specifieke geslachtsbepalende genen, werd gemeld dat een enkelvoudig nucleotide polymorfisme (SNP) verantwoordelijk is voor geslachtsbepaling in fugu (Takifugu rubripes) [13]. Analyse van geslachtsbepalingspatronen in halfgladde tongzool (Cynoglossus semilaevis) onthulde dat deze soort een geslachtsbepalingssysteem van het ZW-type heeft en dat het dmrt1-gen kenmerken vertoonde van geslachtsbepalende genen zoals geslachtschromosoomkoppeling, mannelijke specifieke expressie en essentieelheid voor de ontwikkeling van testis [14], en dat de knock-out in ZZ-vissen (mannelijk karyotype) leidden tot de ontwikkeling van vrouwelijke fenotypes [15].

In tegenstelling tot sterk gedifferentieerde geslachtschromosomen bij zoogdieren, waar het Y-chromosoom de meeste genen heeft verloren in vergelijking met het X-chromosoom, zijn geslachtschromosomen van vissoorten over het algemeen minder gedifferentieerd. Het Y-chromosoom van zoogdieren is genetisch geïsoleerd zonder recombinatie met het X-chromosoom buiten het pseudo-autosomale gebied (PAR) [16, 17], maar recombinatie vindt plaats langs de lengte van de Y- en X-chromosomen van de meerval. Significante verschillen tussen de W- en Z-chromosomen zijn gemeld in de vrouwelijke heterogametische halfgladde tongzool waar het W-chromosoom meer dan 8 Mb groter is dan het Z-chromosoom. De geslachtschromosoomkaryotypen, en vermoedelijk de lengtes van geslachtschromosomen, zijn echter zeer vergelijkbaar in grootte bij de meeste tot nu toe bestudeerde vissoorten [17]. Daarom, hoewel genetische studies het geslachtsbepalingsgen duidelijk kunnen toewijzen aan een chromosomaal gebied, is de identificatie van het geslachtsbepalingsgen nog steeds een ontmoedigende taak met teleosvissen.

In deze studie hebben we een innovatieve benadering aangenomen voor de identificatie van het geslachtsbepalingsgen in kanaalmeervallen door vergelijkende genoomanalyse van de genomische sequenties van het X-chromosoom en het Y-chromosoom. Door geslachtsomkering waren we in staat om XY-fenotypische vrouwtjes te produceren, en paring van XY-fenotypische vrouwtjes met de normale XY-mannetjes maakte de productie mogelijk van nakomelingen met XX-, XY- of YY-geslachtschromosoomsets. De YY-vis bood een unieke sjabloon voor de sequentiebepaling en assemblage van de geslachtschromosoomsequenties. Hier rapporteren we de generatie van een hoogwaardige volledige genoomassemblage van een YY-mannetjesvis, vergelijkende genoom- en transcriptoomanalyses en identificatie van het borstkanker-anti-resistentie 1 (BCAR1) -gen als een kandidaat voor de geslachtsbepalende locus in kanaal meerval.


Mythen van geslachtsbepaling

Mythe 1: Geslacht wordt meestal bepaald door X- en Y-chromosomen

Veel biologen zijn gewend om na te denken over geslachtsbepaling door de bekende voorbeelden van zoogdieren en D. melanogaster, en neem aan dat geslachtsbepaling door geslachtschromosomen de norm is, dat mannen XY zijn en vrouwen XX, en dat geslachtschromosomen een stabiel onderdeel van het genoom zijn. Hoewel biologen zich over het algemeen bewust zijn van andere vormen van geslachtsbepaling (zoals vrouwelijke heterogametie bij vogels, temperatuurafhankelijke geslachtsbepaling bij reptielen of ontwikkeling van mannetjes uit onbevruchte eieren bij bijen), worden deze alternatieven vaak als vreemd en afwijkend beschouwd [8] .

Mythe 2: Seks wordt bestuurd door één master-switch-gen

Geslachtsbepaling in modelsoorten suggereert dat een master-switch-gen (bijv. Sry bij zoogdieren, Sxl in D. melanogaster, en xol-1 in C. elegans) fungeert als het belangrijkste controle-element om de mannelijke of vrouwelijke seksuele ontwikkeling te activeren. Aangenomen wordt dat veranderingen in de geslachtsbepalingsroutes in taxa gepaard gaan met het toevoegen van een nieuw master-switch-gen aan deze moleculaire route (zoals in sommige vliegentaxa [9]), met weinig verandering in stroomafwaartse elementen van de geslachtsbepalingsroute [10]. Van een paar genen wordt gedacht dat ze de capaciteit hebben om de rol van geslachtsbepalende genen op zich te nemen, en deze zijn gecoöpteerd als master-switch-genen onafhankelijk in verschillende lijnen (bijvoorbeeld, dmrt1 bij verschillende gewervelde dieren [11]–[14] en vervoer bij insecten [15]–[17]).

Mythe 3: Differentiatie en degeneratie van geslachtschromosomen is onvermijdelijk

Geslachtschromosomen zijn afkomstig van identieke autosomen door een geslachtsbepalingsgen te verwerven (bijvoorbeeld de oorsprong van de Sry gen bij zoogdieren ongeveer 180 miljoen jaar geleden of Sxl in de Drosophila geslacht >60 miljoen jaar geleden). Men denkt dan dat ze differentiëren via een onvermijdelijk en onomkeerbaar proces waarbij de recombinatie tussen X- en Y-chromosomen wordt stopgezet en de Y degenereert (zie figuur 1). Uiteindelijk zijn Y-chromosomen gedoemd om volledig te verdwijnen ("geboren om vernietigd te worden", [18]). Dus geslachtschromosomen die morfologisch vergelijkbaar (homomorf) zijn, moeten evolutionair jong zijn, en na verloop van tijd zullen ook zij degenereren.


Zoekschema en artikelselectie

PubMed-zoekmachine werd gebruikt om de MEDLINE-database grondig te doorzoeken op literatuur over X- en/of Y-spermatozoa met behulp van de volgende zoektermen: verhouding, vorm, grootte, geslachtsselectie, beweeglijkheid, zwempatroon, snelheid, CASA, FISH, flowcytometrische analyse, Percoll-gradiënt, albumine-gradiënt, swim-up-methode, levensvatbaarheid, elektrofobiciteit, elektronegativiteit, pH-tolerantie, oppervlakte-eigenschappen, Y-specifiek antigeen, HY-antigeen, stressrespons, oxidatieve stress, hormoonontregelaars, blootstelling aan pesticiden, milieutoxische stoffen, hittestress, DNA schade, chromosomale afwijking, aneuploïdie, XX aneuploïdie, XY aneuploïdie, YY aneuploïdie, proteomica, ziekte, geslachtsspecifieke ziekte en genomica. Full-text artikelen en samenvattingen in het Engels over X- en Y-spermatozoa die vóór december 2019 zijn gepubliceerd, werden na screening van hun inhoud in de beoordeling opgenomen. Alle artikeltypen zoals originele artikelen, recensies, brief aan de redacteur, hoofdartikelen, meningen en debatten werden in de recensie opgenomen. Ingetrokken artikelen werden uitgesloten door de bijbehorende tijdschriftwebsites grondig te controleren.


3. RESULTATEN

3.1 Ontwikkeling van geslachtsbepalingen

Een nieuwe high-throughput-assay voor het Y-chromosoom werd ontwikkeld op basis van de eerder geïdentificeerde mannelijk-specifieke MADC6-sequentie (Genbank AF364955.1). Om de test te ontwikkelen, werd de MADC6-sequentie vergeleken met de FINOLA (Genbank GCA_003417725.1) en Purple Kush (Genbank GCA_000230575.1) genomen (Van Bakel et al., 2011 ) met behulp van BLAT (BLAST-Like Alignment Tool) op de C. sativa Genome Browser Gateway (UCSC Genome Browser, Universiteit van Californië). Een PACE-assay, genaamd CSP-1, werd ontworpen op basis van een SNP tussen de sequenties (Figuur 2).

3.2 Validatie van geslachtsbepaling

De CSP-1-assay werd gebruikt om in totaal 2.170 planten van 14 cultivars te testen. In alle populaties op één na paste de genetische verhouding man:vrouw in het verwachte 1:1-model (Chi-kwadraat .). P > .05, Tabel S1). De individuen die genetisch gescoord werden als vrouwtjes werden geplant in veldproeven en de individuen die genetisch werden gescoord als mannetjes werden weggegooid of verplaatst naar kasomstandigheden. Ongeveer 98% van de gescreende genetische vrouwtjes was fenotypisch vrouwelijk. Ongeveer 1% van de gescreende genetische vrouwtjes was eenhuizig, inclusief individuen van drie cultivars (Tabel S1). Twee gescreende planten waren fenotypisch mannelijk en bleken bij hertesten oorspronkelijk verkeerd te zijn genoemd. Ongeveer 270 planten die genetisch waren gescoord als mannelijk van vier hennepcultivars mochten bloeien in kasomstandigheden, en ze waren allemaal fenotypisch mannelijk (Tabel 2).

Litouws Nebraska RN16 RNF
Mannelijke planten 14 53 46 157
Vrouwelijke/eenhuizige planten 21 54 47 157
Nauwkeurigheid markering 100% 100% 100% 100%
  • Litouws is een graansoort. Nebraska is een graan/vezeltype met eenhuizige individuen. RN16 en RNF zijn cannabidiol-types.

Eenhuizige planten (20 planten elk van de cultivars 'Anka', 'Hlesia' en 'USO-31') werden ook onderzocht met deze test en alle eenhuizige planten werden als vrouwelijk beoordeeld.

3.3 Ontwikkeling van de cannabinoïde chemotype-assay

Een PACE-assay om het cannabinoïde-chemotype te voorspellen werd gegenereerd door vergelijking van CBDAS van het marihuana-type (Bt) en hennep-type CBDAS (BNS), waarvan eerder werd vastgesteld dat ze overeenkomen met respectievelijk chemotypen met een hoog THC- en een hoog CBD-gehalte (Figuur 3 Weiblen et al., 2015). Hoewel THCAS en CBDAS niet hetzelfde gen zijn, suggereert hun nauwe koppeling in afstoting dat ze monogeen worden geërfd als een cannabinoïde chemotype locus (de Meijer et al., 2003 Laverty et al., 2019). Deze test werd CCP-1 genoemd.

3.4 Validatie van de cannabinoïde chemotype-assay

Tweehonderdzeventien planten van 14 hennepcultivars die op twee locaties voor CBD waren gekweekt, werden getest met de cannabinoïde chemotype (CCP-1) test en gefenotypeerd op cannabinoïden met behulp van HPLC. Hiervan waren er twee homozygoot voor het marihuana-type allel (Bt/Bt), 65 waren heterozygoot (Bt/BNS), en 150 waren homozygoot voor het hennep-type allel (BNS/BNS). De meeste cultivarpopulaties segregeerden voor dit allel, wat consistent was met de fenotypische gegevens (Figuur 4). De genotypische gegevens kwamen overeen met drie schijnbare chemotypen, in termen van totale potentiële CBD en THC (Figuur 5a, ANOVA P < 1e-4). Dit geeft aan dat de CCP-1-assay eerder vastgestelde identificeert Bt en BNS allelen (de Meijer et al., 2003).

Gemiddelde Δ 9 -THC en totaal potentieel THC verschilden tussen genotypische groepen (ANOVA P < 1e-4). Binnen de genotypische groepen was er een sterke correlatie tussen de totale potentiële CBD en de totale potentiële THC-concentraties (Figuur 5a Bt/BNS R = .72 P < 1e-4, BNS/BNS R = .86 P < 1e-4).

De Δ 9 -THC-concentratie voor BNS/BNS monsters was consistent <0.3% (droog gewicht), terwijl 35% van de Bt/BNS monsters hadden een Δ9-THC-concentratie van <0,3% (Figuur 5b). Slechts 39% van de BNS/BNS monsters hadden een totale potentiële THC-concentratie <0.3% (Figuur 5b). De gemiddelde verhouding van het totale potentiële CBD:THC was 0,02, 1,6 en 20,3 voor Bt/Bt, Bt/BNS, en BNS/BNS lijnen, respectievelijk (Figuur 5d Tabel S2).

In totaal werden 1.420 planten van 47 cultivars getest met de CCP-1-assay (Tabel S3). Deze cultivars kwamen uit meerdere bronnen en werden gekweekt voor CBD, graan of graan/vezel. De THC-geassocieerde Bt de allelfrequentie varieerde per cultivar, van 0% in sommige klonen die voor CBD zijn gekweekt, tot 98% in een Chinese graan- / vezelcultivar (tabel S3).

3.5 Andere factoren die de productie van cannabinoïden beïnvloeden

Genotypische groep, cultivar en proef werden gebruikt om modellen te maken die de potentiële CBD:THC-concentratieverhouding verklaren, evenals de concentraties van Δ 9 -THC, CBD, potentiële THC, potentiële CBD en totale potentiële cannabinoïden (Tabel 3). Het totale aantal potentiële cannabinoïden omvatte CBD, THC, CBC, CBG en hun overeenkomstige zuren. Genotypische groep verklaarde de meeste variantie in de CBD:THC-verhouding, evenals Δ 9 -THC en potentiële THC-niveaus, maar niet de totale potentiële cannabinoïden. Cultivar was een belangrijke factor in de totale potentiële overvloed aan cannabinoïden, evenals de concentratie van CBD en Δ 9-THC. De cultivar uitgelegd

3% van de variatie in de potentiële CBD:THC-verhouding wanneer de genotypische groep in aanmerking werd genomen, en de proef was een slechte voorspeller van alle gemeten variabelen.

Proces Markercodering cultivar Potentiële CBD:THC Δ 9- THC (%) CBD (%) Potentiële THC (%) Potentiële CBD (%) Totaal potentiële cannabinoïden (%)
Model 1 + + + 0.89 0.77 0.21 0.81 0.38 0.19
Model 2 + + 0.86 0.74 0.03 0.78 0.25 0.01
Model 3 + + 0.26 0.23 0.19 0.20 0.18 0.19
Model 4 + 0.01 0.01 0.03 0.00 0.01 0.01
Model 5 + + 0.89 0.76 0.18 0.81 0.38 0.19
Model 6 + 0.86 0.73 0.00 0.77 0.25 0.01
Model 7 + 0.25 0.22 0.16 0.20 0.17 0.18
  • '+' geeft aan dat de variabele in het model is opgenomen en '‒' geeft aan dat de variabele niet in het model is opgenomen. Lichtgrijze cellen zijn P <.01. Donkergrijze cellen zijn P <1e-4.
  • Afkortingen: CBD, cannabidiol THC, tetrahydrocannabinol.

Geslachtschromosomen bij duiven

De manier waarop geslachtsbepaling bij vogels werkt, is bijna het tegenovergestelde van hoe het werkt bij zoogdieren. Geslachtschromosomen bij vogels zijn Z en W. Mannelijke vogels hebben twee Z-chromosomen en vrouwtjes hebben een Z en een W. Mannelijke vogels maken sperma, dat altijd een Z-chromosoom heeft. Vrouwelijke gameten (eieren) kunnen een Z of een W hebben.

  • Mannelijke nakomelingen krijgen van elke ouder een Z-chromosoom
  • Vrouwtjes krijgen een Z van hun vader en een W van hun moeder
  • Z-chromosomen gaan niet over van moeder op dochter
  • W-chromosomen gaan altijd over van moeder op dochter

Bij vogels zijn het de mannetjes die twee exemplaren van elk gen hebben, terwijl de vrouwtjes slechts één exemplaar van de genen op de geslachtschromosomen hebben. Het W-chromosoom is klein, met weinig genen. Maar het Z-chromosoom heeft veel geslachtsgebonden genen, waaronder genen die de kleur en kleurintensiteit regelen.

X & Y en Z & W zijn slechts twee van de manieren waarop seks bij dieren wordt bepaald. Sommige dieren kunnen zelfs van het ene geslacht naar het andere veranderen.


Het Y-chromosoom verdwijnt: wat gebeurt er met mannen?

Mol woelmuizen hebben geen Y-chromosomen. Krediet: wikipedia

Het Y-chromosoom mag dan wel een symbool zijn van mannelijkheid, het wordt steeds duidelijker dat het allesbehalve sterk en duurzaam is. Hoewel het het "hoofdschakelaar"-gen, SRY, draagt ​​dat bepaalt of een embryo zich zal ontwikkelen als mannelijk (XY) of vrouwelijk (XX), bevat het heel weinig andere genen en is het het enige chromosoom dat niet nodig is voor het leven. Vrouwen redden het immers prima zonder.

Bovendien is het Y-chromosoom snel gedegenereerd, waardoor vrouwen twee volkomen normale X-chromosomen hebben, maar mannen met een X en een verschrompelde Y. Als dezelfde mate van degeneratie aanhoudt, heeft het Y-chromosoom nog maar 4,6 miljoen jaar voordat het volledig verdwijnt . Dit klinkt misschien als een lange tijd, maar dat is het niet als je bedenkt dat er al 3,5 miljard jaar leven op aarde bestaat.

Het Y-chromosoom is niet altijd zo geweest. Als we de klok terugspoelen naar 166 miljoen jaar geleden, naar de allereerste zoogdieren, was het verhaal compleet anders. Het vroege "proto-Y"-chromosoom was oorspronkelijk even groot als het X-chromosoom en bevatte allemaal dezelfde genen. Y-chromosomen hebben echter een fundamentele fout. In tegenstelling tot alle andere chromosomen, waarvan we twee exemplaren in elk van onze cellen hebben, zijn Y-chromosomen altijd alleen aanwezig als een enkele kopie, doorgegeven van vaders op hun zonen.

Dit betekent dat genen op het Y-chromosoom geen genetische recombinatie kunnen ondergaan, het "shuffelen" van genen dat in elke generatie voorkomt, wat helpt om schadelijke genmutaties te elimineren. Beroofd van de voordelen van recombinatie, degenereren Y-chromosomale genen in de loop van de tijd en gaan ze uiteindelijk verloren uit het genoom.

Desondanks heeft recent onderzoek aangetoond dat het Y-chromosoom een ​​aantal behoorlijk overtuigende mechanismen heeft ontwikkeld om 'op de rem te gaan', waardoor de snelheid van genverlies tot een mogelijke stilstand wordt vertraagd.

Zo blijkt uit een recent Deens onderzoek, gepubliceerd in PLoS Genetica, sequeneerde delen van het Y-chromosoom van 62 verschillende mannen en ontdekte dat het vatbaar is voor grootschalige structurele herschikkingen die "genamplificatie" mogelijk maken - de verwerving van meerdere kopieën van genen die een gezonde spermafunctie bevorderen en genverlies verminderen.

De studie toonde ook aan dat het Y-chromosoom ongebruikelijke structuren heeft ontwikkeld die "palindromen" worden genoemd (DNA-sequenties die voorwaarts en achterwaarts hetzelfde lezen - zoals het woord "kajak"), die het beschermen tegen verdere degradatie. Ze registreerden een hoog aantal "genconversiegebeurtenissen" binnen de palindroomsequenties op het Y-chromosoom - dit is in feite een "kopieer-en-plak"-proces waarmee beschadigde genen kunnen worden gerepareerd met behulp van een onbeschadigde back-upkopie als sjabloon.

Kijkend naar andere soorten (Y-chromosomen bestaan ​​​​bij zoogdieren en sommige andere soorten), geeft een groeiend aantal bewijzen aan dat Y-chromosoomgenamplificatie een algemeen principe is over de hele linie. Deze versterkte genen spelen een cruciale rol bij de productie van sperma en (althans bij knaagdieren) bij het reguleren van de geslachtsverhouding van de nakomelingen. Inschrijven Moleculaire biologie en evolutie onlangs hebben onderzoekers aangetoond dat deze toename van het aantal genkopieën bij muizen het resultaat is van natuurlijke selectie.

Chromosoom Y in rood, naast het veel grotere X-chromosoom. Krediet: National Human Genome Research Institute

Op de vraag of het Y-chromosoom daadwerkelijk zal verdwijnen, is de wetenschappelijke gemeenschap, net als het VK op dit moment, verdeeld in de "leavers" en de "remainers". De laatste groep stelt dat zijn verdedigingsmechanismen uitstekend werk leveren en het Y-chromosoom hebben gered. Maar de verlaters zeggen dat ze alleen maar toelaten dat het Y-chromosoom zich aan zijn vingernagels vastklampt, voordat het uiteindelijk van de klif valt. Het debat gaat dus door.

Een vooraanstaand voorstander van het verlofargument, Jenny Graves van de La Trobe University in Australië, beweert dat, als je een langetermijnperspectief bekijkt, de Y-chromosomen onvermijdelijk gedoemd zijn te mislukken - zelfs als ze soms wat langer standhouden dan verwacht. In een paper uit 2016 wijst ze erop dat Japanse stekelratten en woelmuizen hun Y-chromosomen volledig hebben verloren - en betoogt dat de processen waarbij genen verloren gaan of op het Y-chromosoom worden aangemaakt, onvermijdelijk leiden tot vruchtbaarheidsproblemen. Dit kan op zijn beurt uiteindelijk leiden tot de vorming van geheel nieuwe soorten.

Zoals betoogd in een hoofdstuk in een nieuw e-book, zelfs als het Y-chromosoom bij mensen verdwijnt, betekent dit niet noodzakelijk dat mannen zelf op weg zijn naar buiten. Zelfs bij de soorten die hun Y-chromosomen volledig hebben verloren, zijn mannetjes en vrouwtjes beide nog steeds nodig voor reproductie.

In deze gevallen is het SRY "hoofdschakelaar"-gen dat genetische mannelijkheid bepaalt, verplaatst naar een ander chromosoom, wat betekent dat deze soorten mannetjes produceren zonder dat een Y-chromosoom nodig is. Het nieuwe geslachtsbepalende chromosoom - datgene waar SRY naar toe gaat - zou dan het proces van degeneratie helemaal opnieuw moeten beginnen vanwege hetzelfde gebrek aan recombinatie dat hun vorige Y-chromosoom gedoemd heeft.

Het interessante aan mensen is dat hoewel het Y-chromosoom nodig is voor normale menselijke voortplanting, veel van de genen die het draagt ​​niet nodig zijn als je geassisteerde voortplantingstechnieken gebruikt. Dit betekent dat genetische manipulatie binnenkort de genfunctie van het Y-chromosoom kan vervangen, waardoor vrouwelijke paren van hetzelfde geslacht of onvruchtbare mannen zwanger kunnen worden. Maar zelfs als het voor iedereen mogelijk zou worden om op deze manier zwanger te worden, lijkt het hoogst onwaarschijnlijk dat vruchtbare mensen gewoon zouden stoppen met zich op natuurlijke wijze voort te planten.

Hoewel dit een interessant en veelbesproken gebied van genetisch onderzoek is, hoeft u zich geen zorgen te maken. Wetenschappers weten niet eens of het Y-chromosoom helemaal zal verdwijnen. En, zoals aangetoond, zelfs als dat zo is, zullen we hoogstwaarschijnlijk mannen blijven nodig hebben zodat de normale voortplanting kan doorgaan.

Inderdaad, het vooruitzicht van een systeem van het type "boerderijdieren" waarbij een paar "gelukkige" mannetjes worden geselecteerd om de meerderheid van onze kinderen te verwekken, is zeker niet aan de horizon. In ieder geval zullen er de komende 4,6 miljoen jaar veel urgentere zorgen zijn.


Denk je dat geslacht neerkomt op X- en Y-chromosomen? Denk nog eens na

Dit artikel is meer dan 6 jaar geleden gepubliceerd. Sommige informatie daarin is mogelijk niet meer actueel.

Peter McKnight is een adjunct-professor aan de School of Criminology aan de Simon Fraser University.

Dus welke wasruimte moet Caitlyn Jenner gebruiken? Als je de Kardashians niet hebt bijgehouden, heb je waarschijnlijk niet gehoord dat Caitlyn de naam is die voormalig Olympiër en Kardashiaanse patriarch Bruce Jenner zichzelf heeft gegeven.

En als je transgenderkwesties niet hebt bijgehouden, heb je waarschijnlijk niet gehoord dat deze dingen altijd neerkomen op toiletten. Degenen die zich tegen alle zaken transgender verzetten, raken onvermijdelijk in de knoop over wie in welke wasruimte thuishoort.

Verhaal gaat verder onder advertentie

Wees getuige van de recente pogingen van de Senaat om de transgenderrechtenwet van NDP-parlementslid Randall Garrison te ondermijnen door toiletten vrij te stellen van zijn bevoegdheid. En getuige de opmerkingen van de conservatieve senator Donald Plett dat 'kwetsbare vrouwen' moeten worden beschermd tegen 'biologische mannen' die de vrouwentoiletten zouden kunnen betreden.

Voor veel mensen definieert biologie seks, en seks is altijd een binaire aangelegenheid. Natuurlijk, postmodernisten spelen al tientallen jaren met het concept van gender, maar seks, nou ja, seks is heilig, wat betekent dat je biologisch mannelijk of vrouwelijk bent. Maar nooit allebei. Of geen van beide.

Maar zo werkt biologie niet. Biologische verschijnselen passen niet noodzakelijk in door de mens ingestelde binaire categorieën. Dus terwijl mensen volhouden dat je een man of een vrouw bent - dat je XY- of XX-geslachtschromosomen hebt - smeekt de biologie om te verschillen.

Genetische mannen met het Klinefelter-syndroom hebben bijvoorbeeld een extra X-chromosoom (XXY) of, zeldzamer, twee of drie extra X'en (XXXY, XXXXY), ze produceren doorgaans lage niveaus van testosteron, wat leidt tot minder ontwikkelde mannelijke geslachtskenmerken en meer ontwikkelde vrouwelijke kenmerken dan andere mannen. Sommige mannen daarentegen ontvangen een extra Y-chromosoom (XYY) in de genetische loterij, en hoewel ze "supermannetjes" worden genoemd, is dat meer sensatie dan wetenschap.

Genetische vrouwen met het syndroom van Turner hebben slechts één X-chromosoom en vertonen vaak minder ontwikkelde vrouwelijke geslachtskenmerken dan andere vrouwen. En mensen met een genetisch mozaïek bezitten in sommige cellen XX-chromosomen en in andere XY-chromosomen. Dus hoe bepalen we of ze mannelijk of vrouwelijk zijn? Tip: zeg niet dat het afhangt van de chromosomale samenstelling van de meerderheid van hun cellen, aangezien vrouwen met meer dan 90 procent XY genetisch materiaal zijn bevallen.

Zelfs als je de "juiste" combinatie van geslachtschromosomen krijgt, is het geen garantie dat je past binnen de zorgvuldig omschreven menselijke definities van mannelijk en vrouwelijk.

Genetische vrouwen (XX) met aangeboren bijnierhyperplasie produceerden bijvoorbeeld ongewoon hoge niveaus van viriliserende hormonen in utero en ontwikkelden stereotiepe mannelijke geslachtskenmerken, waaronder vermannelijkte geslachtsdelen.


Vergelijkende reproductie

Monotremes, buideldieren en de oorsprong van SRY

Studies naar chromosoomevolutie bij buideldieren en monotremes gaven een belangrijk inzicht in het voorouderlijke geslachtsbepalingssysteem (SD) van zoogdieren ongeveer 180 miljoen jaar geleden, voorafgaand aan de divergentie van de therian zoogdieren ( Wallis et al., 2008 ). Buideldieren hebben een typisch XY-systeem, terwijl monotremes meerdere verschillende X- en Y-geslachtschromosomen vertonen (Fig. 1), die een ketting vormen tijdens meiose.

Genen van de canonieke SD-route (NR5A1, SOX9, RSPO1 of WNT4…) die in kaart werden gebracht op het genoom van het vogelbekdier, onthulden dat ze zich allemaal op autosomen bevinden ( Grafodatskaya et al., 2007) hen uit te sluiten als legitieme kandidaten voor meester-geslachtsbepalende genen. Interessant is dat DMRT1, het belangrijkste kandidaat-gen voor geslachtsbepaling bij vogels en de erkende hoofdgeslachtsbepalende factor in verschillende kikker- en vissoorten (Tabel 1 en Fig. 1), zich bevindt op X-chromosoom #5 (El-Mogharbel et al., 2007 ). Dit is intrigerend, maar betekent dat het in twee exemplaren aanwezig is bij vrouwen en slechts één bij mannen. Maar alles wat we tot nu toe weten over DMRT1, van menselijke patiënten met haplo-insufficiëntie van dit gen en van geslachtsbepaling bij vogels en verschillende vissen, is dat dubbele dosering verband houdt met mannelijke ontwikkeling, niet met vrouwelijke. Momenteel codeert het meest veelbelovende kandidaatgen, geïdentificeerd door transcriptoomanalyses, voor het anti-muelleriaanse hormoon (AMH). Verder is zijn positie binnen een oud blok van genen op Y-chromosone #5 consistent met een functie als geslachtsbepalend gen (Cortez et al., 2014). Validatie van deze kandidaat wacht echter op functionele karakterisering.

Buideldieren, ondanks een schijnbaar eenvoudiger genetische aandoening (XY-systeem), met X-chromosomen homoloog aan een groot deel (meer dan 2/3e) van de eutherische X-chromosomen en de SRY gen aanwezig op het Y-chromosoom, vertonen echter grote verschillen in geslachtsdifferentiatie in vergelijking met eutherianen. Karyotypering van intersekse buideldieren onthulde dat een pouch-mammary/scrotum switch-gen zich op het X-chromosoom bevindt (Sharman et al., 1970), waarbij belangrijke genetische herbedrading van het volledige geslachtsbepalende genregulerende netwerk tussen buideldieren en eutherische zoogdieren wordt vastgesteld, ondanks het gebruik van dezelfde hoofdgeslachtsdeterminator.


De geboorte van een mannelijk geslachtschromosoom in Atlantische haring

De evolutie van geslachtschromosomen is van cruciaal belang in de biologie omdat het het mechanisme dat ten grondslag ligt aan geslachtsbepaling stabiliseert en meestal resulteert in een gelijke geslachtsverhouding. Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Uppsala, meldt nu dat ze de geboorte van een mannelijk geslachtschromosoom in de Atlantische haring hebben kunnen reconstrueren. Het mannelijke specifieke gebied is klein en bevat slechts drie genen: een geslachtsbepalende factor en twee genen voor sperma-eiwitten. De studie is gepubliceerd in PNAS.

Het is moeilijk om de vroege evolutie van geslachtschromosomen te bestuderen, omdat het meestal lang geleden is gebeurd en de geslachtsbepalende chromosomen gewoonlijk snel degenereren en zich herhalende sequenties accumuleren. Mensen hebben bijvoorbeeld een X/Y-systeem voor geslachtsbepaling en de aanwezigheid van Y bepaalt het mannelijke geslacht. Het menselijke Y-chromosoom, dat meer dan 100 miljoen jaar geleden werd vastgesteld, is geëvolueerd van een chromosoom dat identiek is aan het X-chromosoom, maar heeft sindsdien de meeste genen verloren die aanwezig zijn op X en is nu slechts ongeveer een derde van de grootte van het X-chromosoom. De Atlantische haring heeft ook een X/Y-systeem, maar is jong en veel recenter geëvolueerd. In de haring zijn X en Y qua genen bijna identiek, met als enige verschil dat Y drie extra genen heeft: een geslachtsbepalende factor (BMPR1BBY) en twee sperma-eiwitgenen waarvan wordt voorspeld dat ze essentieel zijn voor de mannelijke vruchtbaarheid.

"Het unieke van deze studie is dat we de geboorte van een geslachtschromosoom hebben kunnen reconstrueren. De evolutie van het haring-Y-chromosoom lijkt in feite op het proces wanneer mijn zoon een constructie maakt met stukjes Lego", zegt Nima Rafati, wetenschapper aan de Universiteit van Uppsala en eerste auteur van het papier.

Twee van de bouwstenen werden gevormd toen extra kopieën van twee verschillende genen tevoorschijn kwamen en werden verplaatst naar wat een mannelijk-specifieke regio werd die geen genetisch materiaal kan uitwisselen met het X-chromosoom. Dit werd gevolgd door de opname van een derde gen in het mannelijk-specifieke gebied en het verlies van het X-chromosoom.

"The Y-specific gene BMPR1BBY is most certainly the sex-determining factor in Atlantic herring since it belongs to a family of proteins with a critical role in inducing the development of testis. The evolution of BMPR1BBY is a wonderful example of molecular evolution in action. It shows how random mutations and natural selection can 'create' a new gene," says Amaury Herpin, scientist at INRAE, France's new National Research Institute for Agriculture, Food and Environment, and one of the shared first authors.

BMPR1BBY contains about 50 mutations compared with the autosomal copy but it maintains its ability to promote testis development and has evolved an ability to act independently of some of the cofactor the autosomal copy requires. It therefore provides a shortcut to the induction of testis development.

"It has previously been proposed that the presence of a sex-determining factor is not sufficient for the evolution of a sex chromosome, it requires a close association between a sex-determining factor and one or more genes beneficial for that sex," explains Manfred Schartl, professor at Würzburg University and one of the co-authors of the study. "This is exactly what the herring Y chromosome provides, a male-determining factor (BMPR1BBY) and two genes for sperm proteins predicted to be essential for male fertility."

"We are now working on a follow-up study by making an assembly of the sprat genome. Sprat is a close relative to the herring and this analysis will allow us to make a more precise estimate of when this Y chromosome evolved, how stable it is and how rapidly it evolves," says Professor Leif Andersson, Uppsala University, who led the study.

Vrijwaring: AAAS and EurekAlert! are not responsible for the accuracy of news releases posted to EurekAlert! by contributing institutions or for the use of any information through the EurekAlert system.