Eine erschöpfende Anstrengung , um die Maus Y-Chromosom Sequenz zeigt eine überraschend große und komplexe biologische Tier , zur gleichen Zeit bietet bemerkenswerten Einblick in einen heißen Kampf um die Vorherrschaft zwischen Säugetiergeschlechtschromosomen.
"Dies ist bei weitem die technisch schwierig und strukturell spektakuläre Sache überhaupt sequenziert ", Whitehead Institute Regisseur David Seite sagt der Maus Y.
Seite ist kein Fremder in der Reihe nach herausfordernd. Vor mehr als einem Jahrzehnt , Seite und sein Labor in Kollaboration mit der Genome Institute an der Washington University in St. Louis, veröffentlicht die Sequenz des menschlichen Y-Chromosom . Seite beschrieben den menschlichen Y als eine genetische " Spiegelsaal " mit mehreren Regionen große Palindrome gespickt - Bereiche der genetischen Sequenzen , die identisch vorwärts und rückwärts gelesen. Solche Regionen machen herkömmliche Sequenzierungs nähert unfähig Erkennung äußerst subtile genetische Unterschiede zwischen den versteckten " Spiegel ". Als Antwort Seite und Kollegen einen Ansatz entwickelt als Distanzscheiben (single - Haplotyp iterative Kartierung und Sequenzierung ) bekannt, eine endgültige Referenz DNA -Sequenz des menschlichen Y -Chromosom herzustellen.
Zur Bewältigung der Maus Y, Seite und seinem langjährigen Mitarbeiter aus dem Genome Institute verlassen wieder auf SHIMS , um sie durch eine mühsame Reise, die etwa 12 Jahre von Anfang bis Ende nehmen würde, zu sehen . Ihre Ergebnisse , online veröffentlicht in dieser Woche in der Zeitschrift Cell , sorgen für spannende Vergleiche der Struktur -Gen -Gehalt , und die Entwicklung unter der Maus Y und Ys Primaten , einschließlich Menschen , Rhesusaffen und Schimpansen.
Die Maus Y schiere Größe , ein Produkt der Seite bezieht sich auf das, was als "empörend Genamplifikation " , unterscheidet sie von Primaten Ys . In der Tat, ein Segment des langen Arms des Maus- Y besteht aus einer Einheit der DNA 500.000 Basenpaaren Länge , die etwa 200 -fach verstärkt wurde . Seite und Kollegen fanden zwei weitere überraschende Bereiche innerhalb der Maus Y Amplikons : ein Paar von direkten Sequenzwiederholungen Mess 7 Megabasen ( Mb) , und ein zweites Paar von Tandem- Wiederholungen 4.5 Mb lang. Um dies in Perspektive zu setzen, der bisherige Rekordhalter für die längste sequenziert Wiederholung ist ein Palindrom- Region auf den menschlichen Y-Chromosom messen gerade mal 1,45 Mb .
Die Gene, die an der Maus Y fallen in zwei Kategorien : Ahnen , die ihren Ursprung in etwas 200 bis 300.000.000 Jahren, als die heutige Geschlechtschromosomen noch gewöhnlichen Autosomen zu verfolgen ; und erworben , die die Y nahm entlang dem Weg zu funktional spezialisierte . Wie die Mensch und Primaten Ys , die Seite Labor wurde sequenziert , die Maus Y verlor eine enorme Menge an seine Ur-Gen -Gehalt im Laufe der Jahre - eine Erosion , die die tödlich fehlerhaft Theorie, dass das Y-Chromosom wird zum Löschen gebunden angeheizt.
Die Maus Y Ur-Gen Verlust war noch tiefer als die auf der Primaten Ys gefunden. Die Maus Y behält nur 9 seiner Vorfahren 639 Gene , während die menschlichen Y auf 19 von mehr als 600 Gene einmal mit seinen angestammten autosomal Partner geteilt statt. Doch mehr als die Maus für seinen frühen Zerfall durch zügellose Gen Erfassung und Verstärkung hergestellt . Heute ist die Mighty Mouse Y trägt 700 Gene auf einem Chromosom , die das menschliche Y mit 78 Genen in den Schatten stellt . Auffallend ist, dass die Region durch die erworben und verstärkt Gene belegt umfasst fast 97% der Maus Y-Chromosom als Ganzes. Darüber hinaus ist die Y für eine vollständige 3 % der gesamten Maus -Genom .
" Es ist aufregend, in der Lage, noch einmal, dass Y-Chromosomen sind nicht verfall aber innovativ zeigen ", sagt Shirleen Soh , ein Doktorand in der Seiten- Labor und ein Co- Autor der ersten Zelle Papier. "Hier ist ein Beispiel für einen Bereich des Y , die es in einem Ausmaß , dass es über den gesamten Chromosomengefundenverstärkt. "
Wie konnte das passieren? Da alle bis auf 45 der 700 Gene auf der Maus Y gehören zu drei erworbenen Genfamilien , die alle enorm verstärkt und alle davon mit verstärkten Kollegen auf der Maus X-Chromosom , Soh , Seite und ehemaliger Doktorand Seite Labor und zusammen ersten Autors Jessica Alföldis schließen, dass die X und Y sind seit langem Gene Austausch nicht untereinander, sondern mit sich selbst , in einem Verfahren, wie intrachromosomale Rekombination bekannt. Während solche SelbstaustauschGene für die Mechanik der X und Y- Akquisition zu berücksichtigen, dass es nicht den Zweck erklären oder , was das betrifft , warum dieser konvergenten Erfassung und Verstärkung in einem solchen Extrem aufgetreten.
Für diese Erklärung , Autoren des Papiers implizieren ein Phänomen, das als geschlechtsgebundene meiotischen Antrieb bekannt, bei dem ein "Fahrer" , die sich auf einem Geschlechtschromosom ist an nachfolgende Generationen öfter als sein Gegenstück übertragen. Theoretisch 50% der Nachkommen weiblich (XX) sind und 50% männlich (XY) . Jedoch kann das Vorhandensein einer geschlechtsgebundenen meiotischen Antriebs diese natürliche 50:50 Geschlechterverhältnis verzerren . Um dem entgegenzuwirken, übernimmt die Gegengeschlechtschromosomeine Meiose " Suppressor " auf Wiederherstellung des Gleichgewichts zwischen den Geschlechtern abzielen.
Weil die drei amplifizierten erwarb Genfamilien auf der Maus Y und deren Homologe auf der Maus X sowohl in testikulären Keimzellen exprimiert , Seite sieht ein Szenario, in dem das X -Chromosom erworben meiotischen Fahrer die zu einer verbesserten Erfolgs X - tragenden Spermien . In Erwiderung der Y erworbenen Unterdrücker , die die Fitness der Y - Spermien stärken würde . In der Tat , Forschung von anderen Labors vor kurzem gezeigt, dass Mäuse, die mit dem Y -Version von einem der Genfamilien zu Boden geworfen haben eine höhere Anzahl von weiblichen Nachkommen ; umgekehrt , der X-Version führt zu mehr männlichen Nachkommen Knockdown . Dieses Spiel von Punkt- Kontrapunkt, scheint jedoch in einer Weise, die nicht in den Primaten gesehen eskaliert .
"Wir sehen starke Hinweise , dass die Maus und die Maus Y X haben in der Hand -auf-Hand Kampf im Kampf engagiert , um vorzugsweise auf die nächste Generation übertragen werden ", sagt Seite . "Bei der Herstellung von Ei- und Samenzellen , stellt sich Gelegenheit für die X- und Y , um auf egoistische Instinkte zu handeln. "
Obwohl dies besonders extreme " Wettrüsten" zwischen der X- und Y- spezifisch für die Maus - Nagetier -Linie ist , kann XY interchromosomaler Konflikt weit verbreitet in Säugetieren auftritt. Andere Untersuchungen , zum Beispiel darauf hin, dass die Katze und Pferd Y-Chromosomen haben hoch verstärkt Genfamilien . Weitere Explorations benötigt werden , aber Seite betont, dass eine qualitativ hochwertige Referenzsequenz des Maus- Y ist entscheidend , damit die wissenschaftliche Gemeinschaft zu Geschlechtschromosom -Funktion in einem genetisch manipulierbaren Modellorganismus zu untersuchen.
" Im Zeitalter der einfachen Genom Bearbeitung, diese Folge öffnet die Tür zu den führenden Säugetiergenetisches Modell arbeiten", sagt Seite , dessen Labor vor kurzem mit , dass der Whitehead Mitglied Rudolf Jaenisch zusammengearbeitet, um die erste gezielte Mutation eines Y-Chromosom Gens durchzuführen. "Wir sind wirklich in eine neue Ära des Y-Chromosoms Biologie.