science >> Wetenschap >  >> Biologie

Nieuwe genen op verslechterend Y-chromosoom

Het Y-chromosoom van fruitvliegjes bestaat niet alleen uit "gene-junk", maar ook functionerende genen. Credit:Markus Riedl

Het Y-chromosoom, die alleen bij mannen voorkomt, is moeilijk te decoderen, zelfs met de nieuwste sequencing-technologieën. Onder evolutionaire biologen, de vraag welke genen op het mannelijke geslachtschromosoom liggen en waar ze vandaan komen, is dan ook fel bediscussieerd. Met behulp van een innovatieve analysemethode een team van populatiegenetici van Vetmeduni Wenen heeft nu een cruciale doorbraak bereikt. Ze konden aantonen dat genetisch materiaal in fruitvliegjes vaak vanuit de andere chromosomen op het Y-chromosoom wordt overgedragen. Hoewel deze overdracht grotendeels plaatsvindt als gevolg van "ongelukken, "De onderzoekers tonen nu aan dat sommige van deze overdrachten functionele genen op het Y-chromosoom creëren. De bevindingen, gepubliceerd in PNAS , zal een nieuwe impuls geven aan het onderzoek naar het mannelijke chromosoom bij andere soorten.

Y-chromosomen, die alleen vaderlijk worden geërfd, geëvolueerd van "normale" chromosomen die bekend staan ​​​​als autosomen. Omdat mannen maar één Y-chromosoom hebben, er is geen tegenhanger voor recombinatie, de directe uitwisseling van genetisch materiaal. Dit maakt het verwijderen van schadelijke mutaties op het Y-chromosoom moeilijker dan in andere chromosomen. Als resultaat, genen op het Y-chromosoom ondergaan meestal een proces van degeneratie. Eerdere studies met fruitvliegjes hebben aangetoond dat nieuwe genen kunnen worden overgedragen op het Y-chromosoom, hoewel het tarief als zeer laag werd geschat (1 overdracht in 10 miljoen jaar).

Onderzoekers van het Instituut voor Populatiegenetica van Vetmeduni Wenen, met behulp van een nieuwe en zeer specifieke analysemethode, zou nu een nieuw momentum kunnen bieden om de evolutionaire dynamiek van het Y-chromosoom te helpen decoderen. Uit hun onderzoek blijkt dat er bij fruitvliegjes tien keer meer nieuwe genen op het Y-chromosoom worden overgedragen dan eerder werd gedacht. Sommige van deze nieuwe genen lijken zelfs belangrijke functies te hebben aangenomen.

Het Y-chromosoom is een harde noot om te kraken in genoomonderzoek. Omdat het maar weinig functionele genen heeft, en deze zijn ingebed in repetitief DNA dat moeilijk te analyseren is, het vinden van deze genen is een uitdaging. "Er zijn slechts zeven functionele genen geïdentificeerd op het Y-chromosoom van Drosophila melanogaster. Maar we vermoeden dat het aantal functionele genen en de daadwerkelijke overdrachtssnelheid hoger moeten zijn, ", zegt eerste auteur Ray Tobler. "Daarom hebben we een nieuwe analysemethode ontwikkeld waarmee we efficiënt kunnen zoeken naar genoverdrachten op het Y-chromosoom, zogenaamde GeTY's."

De truc van de onderzoekers bestond erin het genoom van mannetjes en vrouwtjes te sequencen van een zogenaamde inteeltsoort fruitvliegjes. Deze verschillen alleen in de Y-chromosoomsequentie. "De sleutel tot onze resultaten was om te zoeken naar varianten bij de mannetjes die niet voorkomen bij de vrouwtjes, " zegt Tobler. "Dat betekent dat we werkten zonder bekende Y-chromosoomsequenties die normaal gesproken voor een vergelijking zouden worden gebruikt. Hierdoor konden we de overgedragen genen herleiden tot zogenaamde retrokopieën, die worden gemaakt wanneer het RNA-transcript van een gen in het Y-chromosoom wordt ingevoegd."

Alle eerder beschreven genoverdrachten op het Y-chromosoom hadden betrekking op de overdracht van een stuk van het chromosoom en niet op een RNA-transcript. "Het hoge aantal gevalideerde genoverdrachten stelde ons in staat om statistisch aan te tonen dat er verschillen waren tussen Drosophila-soorten, " legt senior auteur Christian Schlötterer uit. "We hebben alleen genen gevonden die afkomstig zijn van een RNA-transcript in de nauw verwante D. mauritiana en D. simulans, wat suggereert dat de overdrachtsmechanismen soortspecifiek zijn."

Een bijzondere verrassing voor het onderzoeksteam was dat vier van de 25 nieuw overgedragen genen op het Y-chromosoom daar al een belangrijke functie hebben ingenomen. "Omdat deze nieuwe genen in alle individuen van een soort kunnen worden gevonden, de vraag rijst welke functies deze nieuwe Y-gebonden genen zouden kunnen hebben, " zegt Tobler. Tot nu toe, het is nog volkomen onduidelijk of en hoe lang deze nieuwe genen bestand zijn tegen de achteruitgang van het Y-chromosoom. Omdat de nieuwe analysemethode geen referentiegenoom voor het Y-chromosoom vereist, het biedt een enorm potentieel om de dynamiek van nieuwe genen op het Y-chromosoom in veel verschillende soorten te bestuderen. "Ik verwacht nog veel meer opwindende bevindingen, " besluit Christian Schlötterer.