走近最難以捉摸的染色體
張佳欣
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(xué)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(guān)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(xué)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(nèi)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(zhì)，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(guān)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(xué)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(nèi)多了一條Y染色體。其本質(zhì)就是一種染色體異常導(dǎo)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(jié)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(xué)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(guān)。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(dǎo)致的。染色體異常可能會導(dǎo)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?qū)W習(xí)障礙等情況。
金鑫認為，從遺傳學(xué)角度來看，應(yīng)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(dǎo)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(guān)的干預(yù)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(yù)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(guān)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(xué)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(nèi)消失。這一說法在學(xué)術(shù)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(xué)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(guān)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(nèi)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(guān)外，還參與到一些更廣泛的細胞生物學(xué)過程（如泛素化、轉(zhuǎn)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?nèi)匀淮嬖谛坌院痛菩詢煞N性別。科學(xué)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(diào)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。”
