走近最難以捉摸的染色體
為了揭開Y染色體的“神秘面紗”，國際科研團隊剛剛完成了對完整人類Y染色體的首次測序。
Y染色體是人類46條染色體中最小的染色體之一，但卻是科學家最難讀取的染色體。此次研究掌握的這條獨特染色體的全部基因“密碼”，至少可以幫助解開部分關于Y染色體的謎團。
根據(jù)Y染色體尋找祖源
人們普遍認為，Y染色體“形如其名”，但事實上，它的形狀并不像字母Y。X染色體首先被發(fā)現(xiàn)并被命名為“X”，大約15年后，Y染色體被發(fā)現(xiàn)，研究人員只是沿用了字母表中X的后一位為其命名。
深圳華大生命科學研究院研究員周旸告訴科技日報記者，人類的Y染色體是雄性中性染色體對的其中一條。雖然X和Y染色體都來源于一對相同的祖先常染色體，但是目前的Y染色體在長度上只有X染色體的三分之一，蛋白編碼基因也只剩下X染色體的約5%。
Y染色體上具有哺乳動物的性別決定基因SRY，它能觸發(fā)睪丸的生長，并由此決定雄性性狀。此外，Y染色體上還有其他一些參與精子形成，甚至神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等過程的基因。
Y染色體的遺傳方式非常獨特，包括X染色體在內的所有其他人類染色體在繁殖過程中會重新組合并共享遺傳物質，但Y染色體會直接從父母傳遞給子代，幾乎不會重新組合。基于這種直接遺傳方式，能夠完全測序不同人的Y染色體將有助于更好地理解基因是如何在世代間傳承和變化的。
目前，國外已經(jīng)有許多熱門的基因檢測公司，如23andMe和FamilyTreeDNA，可以提供關于Y染色體的特定報告。Y染色體獨特的遺傳方式使得這類公司能夠判定某個人處于何類“單倍群”，處于同一“單倍群”的人的DNA有共同的突變，表明他們可能有著共同的祖先。研究人員已經(jīng)能夠追蹤許多“單倍群”的地理起源地，讓人們對自己的祖源有所了解。
科學認識“超雄基因”
我們的祖先遺傳給我們的DNA決定了我們的外貌、身體機能，甚至能影響我們的性格。在一些情況下，人體可能會出現(xiàn)染色體異常，其中一種是Y染色體的異常。
此前，有新聞媒體報道稱，孕婦在孕檢中查出胎兒有“超雄基因”。所謂的“超雄基因”也稱超雄綜合征，又稱XYY染色體綜合征，它指的是男孩出生時體內多了一條Y染色體。其本質就是一種染色體異常導致的疾病。
周旸指出，“超雄基因”形成的原因是，父親產(chǎn)生精子時，在減數(shù)第二次分裂后期，兩條Y染色體未移向細胞兩極，使個別精子細胞含有兩條Y染色體。這樣的精子與正常的卵子（攜帶一個X染色體）結合形成受精卵后就發(fā)育成了攜帶XYY染色體的個體。
深圳華大生命科學研究院副院長金鑫向記者介紹說：“除了‘超雄基因’外，還存在其他染色體異常，其中一些與染色體數(shù)目的變異相關。例如，我們熟知的21三體綜合征（唐氏綜合征）就是由第21號染色體數(shù)目異常導致的。染色體異常可能會導致個體出現(xiàn)一些疾病表現(xiàn)或特殊情況。”
據(jù)國外物理治療百科全書式網(wǎng)站verywellhealth介紹，大多數(shù)出生時患有XYY染色體綜合征的人智力一般，可能會出現(xiàn)發(fā)育遲緩或學習障礙等情況。
金鑫認為，從遺傳學角度來看，應該把XYY染色體綜合征看作一種遺傳病。作為一種疾病，它可能表現(xiàn)出一些特定的外部特征，例如21三體綜合征可能表現(xiàn)為智力發(fā)育滯后、生長問題、器官疾病等，“超雄基因”攜帶者也可能會有一些特殊的表現(xiàn)，這些特點可能是疾病本身導致的。然而，需要更多的研究來確定這些特點的可能原因，以及是否有相關的干預方法。
金鑫補充說，Y染色體完整序列的繪制對研究這些機理和進行干預具有重要意義。它能夠幫助我們更好地了解染色體異常以及與之相關的生理和心理特點，從而能更好地對癥下藥。
Y染色體不會真的消失
2011年，澳大利亞科學家珍妮弗·格雷夫斯表示，按照現(xiàn)在的速率，估計Y染色體將在幾百萬年內消失。這一說法在學術界掀起了軒然大波。
金鑫告訴記者，現(xiàn)在有幾個不同的新發(fā)現(xiàn)，表明這一認知不一定是完全正確的。首先，通過比較人類與黑猩猩的基因組，科學家發(fā)現(xiàn)，自人類與黑猩猩的共同祖先分離后，人類的Y染色體在漫長的時間里沒有發(fā)生新的基因丟失，特別是與生存和繁殖密切相關的基因，能相對穩(wěn)定地傳遞給下一代。
周旸說：“近期的研究發(fā)現(xiàn)，Y染色體的退化速率正在逐漸降低。以人為例，人的Y染色體上的基因雖然相較于X染色體發(fā)生了接近95%的丟失，但在最近的2500萬年內其實并沒有發(fā)生進一步的基因丟失。”
其次，Y染色體上基因的功能和獨特的“回文”序列也能有效避免Y染色體真正消失。
周旸介紹，目前仍然保留在Y染色體上的基因，除了與睪丸發(fā)育、精子形成的過程有關外，還參與到一些更廣泛的細胞生物學過程（如泛素化、轉錄翻譯起始等）中。相信這些重要的功能在一定程度上阻止了Y染色體的進一步退化。雖然Y染色體在演化過程中無法像常染色體一樣和它的同源染色體X進行染色體對之間的同源重組，但是Y染色體上存在“回文”序列，能使基因在“回文”序列間進行同源重組，可以在一定程度上解決有害突變積累的問題。
當然，其實自然界中也確實存在Y染色體完全丟失的物種，如奄美刺鼠。周旸說：“這個物種的Y染色體已經(jīng)完全丟失，但其實它們仍然存在雄性和雌性兩種性別。科學家在這個物種的雄性個體中發(fā)現(xiàn)，其3號染色體的Sox9基因的上游產(chǎn)生了一個雄性特異的增強子調控元件，可能可以在SRY缺失的情況下促進Sox9的表達，進而促進睪丸的形成。”
