Пол и единственный ген: новое исследование показывает, что генетический «главный переключатель» определяет пол у большинства животных.
У людей и других животных пол обычно определяется одним геном. Однако есть утверждения , что у некоторых видов, таких как утконос, требуется целый «парламент» генов, действующих вместе, чтобы определить, будет ли потомство развиваться самцом или самкой.
В новом анализе, опубликованном в Trends in Genetics, мы внимательно рассмотрели эти утверждения. Мы обнаружили, что они описывают ненормальные ситуации, такие как гибриды между двумя видами с разными системами определения пола или когда одна половая система находится в процессе замены другой.
Мы заключаем, что пол обычно определяется одним геном. Эволюционная теория предполагает, что это наиболее стабильное положение дел, поскольку оно обеспечивает соотношение 1:1 самцов и самок животных.
Человеческий «главный переключатель» для секса
У млекопитающих самки имеют две X-хромосомы, тогда как самцы имеют X и Y. Y-хромосома несет ген, называемый SRY, который действует как «главный переключатель»: эмбрион XY, несущий SRY, развивается в биологического самца, а эмбрион XX, лишенный SRY, развивается в биологическую самку.
Это делает наследование пола простым. Самки производят яйцеклетки, которые несут одну Х-хромосому, а самцы производят сперматозоиды, наполовину несущие X, а наполовину — Y.
Случайное слияние яйцеклеток и сперматозоидов дает половину XX самок и половину XY самцов при соотношении полов 1: 1 .
Пол у других позвоночных
Среди животных с позвоночником (позвоночных) существует огромное разнообразие систем, определяющих пол. Однако обычно они сводятся к действию одного гена.
У многих рыб, лягушек и некоторых черепах есть системы, подобные нашей , в которых мужской доминантный ген на Y-хромосоме направляет развитие семенников. У некоторых позвоночных есть противоположное — женский доминантный ген на Х-хромосоме.
Другие позвоночные используют разницу в дозировке одного гена . У птиц самцы имеют две копии Z-хромосомы с определяющим пол геном DMRT1. У женщин есть одна Z- и W-хромосома, в которой отсутствует DMRT1. Пол зависит от дозировки DMRT1: две копии у самцов ZZ против одной у самок ZW.
Удивительно, но многие разные гены действуют как главные переключатели у разных видов. Но все они действуют, запуская один и тот же путь дифференцировки мужчин и женщин.
Эти одногенные системы производят равное количество самцов и самок, что, согласно теории, является оптимальным балансом для стабильной системы. Если соотношение благоприятствует одному полу, особи, производящие больше представителей другого пола, оставят больше потомков, и их гены будут распространяться до тех пор, пока не будет достигнуто соотношение 1:1.
Некоторые исключительные виды
Некоторые аквариумные рыбки имеют более сложные системы. Генетические скрещивания у утконосов, по-видимому, показывают два или более гена, которые определяют развитие самцов или самок; морской окунь, кажется, имеет по крайней мере три половых гена.
Некоторые лягушки и ящерицы, кажется, определяют пол, используя два или более половых гена.
Далее идут виды с двумя и более парами половых хромосом. У утконоса пять X- и пять Y-хромосом . Есть ли половой ген на каждом Y? Как бедный детёныш утконоса узнает, как развиваться, если от отца он получит три «да» и два «х»?
А как насчет видов, таких как африканская когтистая жаба , которые имеют две копии всего своего генома, поэтому должны иметь две пары половых хромосом и половых генов?
Таким образом, существует множество исключительных видов, которые, кажется, имеют несколько половых хромосом и половых генов вопреки ожиданию, что только один половой ген может создать стабильную систему.
Полигенный секс — существует ли он?
У видов, у которых мы не можем найти ни одного главного гена-переключателя, принято говорить о « полигенном поле ». Но насколько надежны эти примеры?
В нашей недавней статье мы рассматриваем классические примеры и недавние заявления о полигенном определении пола. Мы пришли к выводу, что несколько подходящих систем представляют ненормальные и переходные ситуации.
Множественные половые хромосомы не обязательно означают множественные половые гены. У утконоса все пять Y-хромосом вместе превращаются в сперматозоиды, а единственный ген на самой маленькой Y-хромосоме направляет развитие самцов. Африканская когтистая жаба решила проблему своего удвоенного генома, развив новый ген, определяющий самку, на недавно созданной W-хромосоме.
В некоторых системах обнаруживаются два половых гена, но они контролируют разные этапы одного и того же пути, которые регулируются одним главным геном.
В некоторых классических системах рыб, таких как утконосы, все разные варианты происходят из одной и той же хромосомы , что позволяет предположить, что пол контролируется разными вариантами одного и того же гена. У японской лягушки разные половые хромосомы на разных островах , но все они являются вариантами одной и той же хромосомы.
Другие примеры предполагают переходные системы. Морской окунь показывает разные частоты вариантов в своем диапазоне. Есть признаки того, что новая система постепенно заменяет старую у европейской лягушки .
Рыбка данио особенно интересна . Штаммы, выведенные независимо в лабораториях в течение 30 или 40 лет, имеют аберрантное соотношение полов и множественные половые гены.
Но оказалось, что дикие рыбки данио имеют обычную систему половых хромосом ZW. Лабораторные стада независимо потеряли свою W-хромосому во время лабораторного разведения. Все лабораторные рыбы — ZZ, а пол вылупившихся детенышей определяется более слабыми генами дифференциации пола, которые скрывались на заднем плане.
Победа в войне половых генов
Многие «полигенные» системы оказываются гибридами двух видов. Гибриды видов часто имеют проблемы с воспроизводством, такие как бесплодие или перекос в соотношении полов.
Их проблема заключается в несовместимости разных половых хромосом и половых генов. Если самец XY спаривается с самкой ZW, потомство будет иметь всевозможные комбинации половых генов.
Несовместимость может проявляться по-разному. Например, два вида цихлид , живущих бок о бок в озере Малави в Африке, имеют несвязанные системы XY и ZW. В их потомстве XYZW W частично перевешивает определяющий самца эффект Y, поэтому рыбы XYZW обладают интерсексуальными чертами. Но в другой комбинации видов торжествует ген W и рыбы XYZW являются плодовитыми самками.
Гибриды видов могут обнаруживать множество генов, оказывающих большое и незначительное влияние на определение пола. Например, скрещивание двух видов сомов выявило семь генов, связанных с самцами, и 17 генов, связанных с самками, в разных хромосомах.
Так что, безусловно, существуют виды, у которых два или более генов действуют вместе или в оппозиции. Однако в долгосрочной перспективе существует сильный отбор в пользу того или иного, чтобы одержать верх. Это превратит неэффективную полигенную систему в систему с одним геном , дающую плодовитых самцов и самок в соотношении 1:1.
