如果没有了Y染色体……奄美刺鼠基因研究揭示人类未来

奄美刺鼠。图片来源：ASATO KUROIWA

对于任何哺乳动物来说，Y染色体的丢失都意味着雄性减少和物种灭绝。因此，在没有Y染色体的情况下，奄美刺鼠的生存问题几十年来一直困扰着生物学家。如今，日本北海道大学的Asato Kuroiwa和同事发现，大鼠的一条正常染色体已经有效进化为新的雄性染色体。相关论文11月28日发表于美国《国家科学院院刊》。

“包括人类在内的许多哺乳动物的Y染色体在数千万年来一直在减少，最终可能会消失。”Kuroiwa说，奄美刺鼠就说明了这种可能性。

动物界有许多不同的性别决定系统，但在几乎所有哺乳动物中，性别取决于X和Y染色体。如果一个胚胎继承了两条X染色体，它就会发育成雌性；如果继承了X和Y染色体，它就会发育成雄性。

这是因为Y染色体有一个名为SRY的基因，该基因会启动其他染色体的“男性”基因——最重要的是SOX9基因，它会触发睾丸的发育。

在奄美大岛发现的奄美刺鼠是少数缺乏Y染色体的哺乳动物之一。此外，雌性和雄性一样都只有一条X染色体。

雌性哺乳动物的存在表明，减少的Y染色体不包含任何关键基因，因此细胞和个体可以在失去Y染色体的情况下存活下来。最新研究表明，随着雄性年龄的增长，Y 染色体往往会从细胞中消失。整个种群中Y染色体的丢失将导致物种灭绝，因为不会再有更多雄性。

为了弄清雄性刺鼠是如何存在的，Kuroiwa团队首先对几只雄性和雌性刺鼠的基因组进行测序，但没有发现任何雄性特有的变异。然后他们更仔细观察，发现在雄性刺鼠中，3号染色体两个副本中的一个有重复区域，就在SOX9的旁边。

该团队进行了一系列实验，包括将重复区域添加到刺鼠体内，以表明这种复制增强了SOX9的活性，从而有效取代了SRY。这意味着有重复的3号染色体变成了“原Y染色体”，而没有重复的染色体是“原X染色体”。

英国弗朗西斯·克里克研究所的Robin Lovell-Badge是发现SRY基因的研究人员之一。他说，为了证明这一点，研究小组必须删除刺鼠的重复基因，以证明没有雄性刺鼠发育。这种实验是无法进行的，因为刺鼠是一种濒危物种。“然而，他们所掌握的证据非常可信。”他说。

这种复制一定是在200万年前的某个时候出现的，因为那时奄美刺鼠从仍有Y染色体的相关物种中分化出来。一旦染色体出现重复，Y染色体的丢失将不再导致所有雄性的消失。Kuroiwa认为，在一段时间内，岛上可能存在有Y染色体和没有Y染色体的雄性混合种群。

“我认为这是一项出色的工作，证据非常确凿。”澳大利亚乐卓博大学的Jenny Graves表示，她在2002年曾有争议地宣称，人类的Y染色体最终将在大约1000万年后丢失。“没有理由证明人类的Y染色体比刺鼠的更强健。”她说。Kuroiwa也同意她的观点，认为Y染色体会消失。

但Lovell-Badge指出，这篇论文非常清楚地表明，哺乳动物进化过程中丢失Y染色体是一个非常罕见的事件。因为奄美刺鼠的两性现在都只有一个X染色体，后者也可能随着时间推移而丢失。“由于它是不稳定的，而且突变在积累，我认为X染色体最终也会消失。”Kuroiwa说。

然而，如果奄美刺鼠的后代存活时间足够长，它的原X和原Y染色体很可能沿着与X和Y染色体相同的路线进化，原Y染色体会减少，并与原X染色体不同。

相关论文信息：

http://doi.org/10.1073/pnas.2211574119

（原标题《如果没有了Y染色体……老鼠基因研究揭示人类未来》）