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【Genetics】改写科学共识:X、Y染色体DNA交换比预想的频繁

2016/03/27 来源:生物探索
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导读
人类性染色体X与Y之间的“界线”比预想的要模糊,根据《Genetics》杂志上的研究,X染色体与Y染色体中的DNA交换来得比想象更加频繁,该观点与目前的科学共识截然相反。


人类性染色体X与Y之间的“界线”比预想的要模糊,根据《Genetics》杂志上的研究,X染色体与Y染色体中的DNA交换来得比想象更加频繁,该观点与目前的科学共识截然相反。这种杂乱的交换,有助于人们对人类历史多样性、健康及疾病的理解,同时还有助于理解由染色体导致的模糊身份。该研究由利桑那州立大学助理教授 Melissa Wilson Sayres引领,

人类多样性取决于23对染色体中的DNA,涉及到25000个基因。每一代人——包括后代的性别都是由父亲及母亲的DNA重组而成。重组使每个人变得独一无二,重组发生在除了性染色体之外的任何位置。性染色体中的遗传信息“卡”处于堆放状态,无法“卸下”信息,但X与Y染色体中存在着一种特殊的区域——拟常染色体区(PAR1和PAR2)。研究人员说,“拟常染色体区可以重组,此外X染色体中还存在一个X-转座区或XTR,将X上的基因复制到Y染色体上。”

研究人员表示,“研究人类性染色体对后代健康以及了解人类历史有重要的意义,对我而言,理解X染色体及Y染色体的发展非常重要,因为我们需要理解所有性别决定的遗传变异。”

该研究挑战了现有的假设:X与Y染色体之间有抑制交换的严格重组边界。研究人员利用不相关的26名女性X染色体中的完整DNA信息表明,X染色体中PAR1区域的遗传多样性远远大于其他区域,且在PAR1区中呈升高趋势,而不是之前认为的突然中断模式。PAR1区以外的遗传多样性下降,整个趋势看起来像绵延起伏的山,这可能是导致X染色体疾病数量增加的原因。

定义性染色体需谨慎

为了了解X与Y染色体的模型,进化生物学家追溯到哺乳动物的根源。大约在2亿年前,X染色体与Y染色体无区别,但经过长期的分解,慢慢变得有差异。人们认为未来一些物种的Y染色体开始进行遗传后空翻,称为倒置,这将使重组变得更难,两性之间的遗传鸿沟开始扩大。

进化的结果是惊人的,男性Y染色体出现退化,失去了原先性染色体上大约90% 的基因,并能与X染色体交换信息。在性别统计研究的时候,PRA1与PRA2可以过滤掉,而XTR区却不能。为了避免报道的偏见以及多样性解释,未来的研究应该谨慎使用现有结果。理解性染色体之间的偏差对理解由性别决定的疾病(如色盲和血友病)很重要,例如PAR1重组缺陷与克氏综合症(XXY)相关。

研究人员说,“Y染色体中决定人类性别的区域恰好靠近边界,从大含义上讲由于Y染色体的结构方式,性别决定基因SYR直接靠近边界,正由于边界是模糊的,SRY可以跳到X染色体上。”SRY可以搅乱X染色体,从而导致与性染色体相关的疾病,比如SRY阳性的XX男, 被称为Chappelle 综合征。

“我们以利桑那州立大学为例,大约有70000名学生,所以我们认为至少有14人性染色体中只有X,35-70名学生有两个X和一个Y,许多人可能并不完全了解自己的染色体,因此在定义别人性染色体时应当十分谨慎。”作者说,“很多东西可以影响性别决定,SRY是睾丸通路中的第一个开关。还有另外一个综合征——Swyer 综合征,这种患者从父代遗传了Y染色体,但SRY没有足够开启以打开睾丸决定因子,虽然他们的性染色体为XY,但却有卵巢发育。”X与Y之间的重组抑制是一种积极的人类进化过程。作者指出,24个额外的染色体坐落在PAR1及其边界区域,该区域被证明与骨生长、褪黑激素的分泌以及精神疾病相关,包括双相感情障碍。

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