Российские биологи определили механизм спаривания половых хромосом птиц

Хромосомы двух исключительных ооцитов: трясогузки (слева) и курицы (справа). Небольшие зеленые сигналы, отмеченные стрелками, и есть неканоничные области гомологии.

Torgasheva et. al, / Genes, 2021

Исследователи из Новосибирского Академгородка изучили процесс спаривания половых хромосом новонебных птиц девяти видов. У всех из них начальное спаривание произошло в одном псевдоаутосомном районе, тогда как оставшиеся участки объединялись по негомологичному механизму. Однако у белой трясогузки ученые обнаружили и второй псевдоаутосомный район на другом конце хромосомы, что предполагает обмен участками с неполовой хромосомой – свидетельство такой перестройки получено впервые. Исследование опубликовано в журнале Genes.

У птиц, как и у человека, пол определяется комбинацией половых хромосом — только называют их не X и Y, а Z и W. Такое различие связано с тем, что у птиц две разные хромосомы определяют женский пол (ZW), а не мужской (ZZ). Считается, что пара половых хромосом у птиц появилась в результате подавления рекомбинации между парой неполовых хромосом: когда на одной из них появился определяющий пол ген, парные хромосомы перестали обмениваться ДНК при делении, перестали походить друг на друга и эволюционировали в две непарные.

Однако в процессе деления таким разным хромосомам все равно нужно объединяться в общую структуру. Это необходимо, чтобы дочерним клеткам впоследствии досталось по одной хромосоме из каждой пары. Парные хромосомы (аутосомы) объединяются в пары на основании сходства их последовательностей ДНК — и у половых хромосом есть участки сходства для объединения. Их называют псевдоаутосомными районами: хромосомы объединяются в этих местах и от них начинают «слипаться» по всей длине.

Исследователи из Института цитологии и генетики в Новосибирске под руководством Анны Торгашевой (Anna Torgasheva) проанализировали процесс объединения половых хромосом у девяти видов новонебных птиц: домашней курицы, серого гуся, черной и речной крачек, бледной береговушки, деревенской ласточки, мухоловки пеструшки, большой синицы и белой трясогузки. Для этого хромосомы ооцитов птиц окрасили при помощи антител к основным белкам синаптонемного комплекса – структуре, объединяющей хромосомы в пары при делении, а также к белкам рекомбинации – чтобы определить псевдоаутосомные районы. 

Почти для всех ооцитов процесс спаривания половых хромосом оказался одинаковым: он начинался с одного псевдоаутосомного района, который находился на концах Z- и W-хромосом. Также ученые заметили, что их спаривание задерживается по сравнению с другими хромосомами — когда те уже объединились, половые хромосомы только спарили псевдоаутосомные районы.

Несмотря на единообразие среди всех видов, биологи обнаружили сразу два исключения. Так, в одном из ооцитов трясогузки псевдоаутосомных районов оказалось сразу два — новая точка появилась на другом конце хромосомы. Судя по всему, это произошло из-за обмена участками с неполовой хромосомой: свидетельство такой перестройки получено впервые.

А вот в одном из ооцитов курицы биологи обнаружили район рекомбинации, который появился из-за древней гомологии между половыми хромосомами — тем не менее, сходство участков в нем оказалось недостаточно сильным, чтобы основать псевдоаутосомный район и запустить спаривание хромосом. Исследователи признают, что данные единичных клеток сложно достоверно подтвердить, поскольку исследование ограничено количеством животных. Однако эта работа позволяет посмотреть на эволюцию половых хромосом птиц под новым углом и предполагает дальнейшие исследования процессов их рекомбинации.

Нарушение процессов спаривания хромосом также часто становится причиной гибридной стерильности и видообразования. Все та же группа ученых из Новосибирска недавно показала, что это верно для самцов полевок. Чтобы исследовать этот вопрос, биологи скрестили попарно особей пяти видов полевок.

Анна Муравьева



Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.