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大家好！ 我的名字是 Kele Cable，我是一名生物学专业的本科生。 我最近开设了自己的科学博客，Razib 为我提供了在这里交叉发帖的机会。 我目前正在写一个关注 Y 染色体主题的博客系列（上学期我在这方面写了一篇论文）。 正如过去十年发表的许多文章所示，Y 染色体已被证明是基因组（跨类群）的一个有趣位置，我希望你会发现它和我一样有趣。 我从该系列的第二篇文章开始，因为我的第一篇文章并不那么重要。 希望你喜欢！
上次，我们讨论了 Y 染色体研究方面的简要历史记录。 最初多达 17 个特征归因于染色体，但 Stern 和后来的 Ohno 认为它在很大程度上缺乏基因内容。 虽然他们大多是正确的，我们将看到原因，但这种观点现在有点简单化，这就是该系列旨在纠正的内容。 这篇文章现在将简要比较（人类）的 X 和 Y 染色体，并列出染色体的一些基本结构。
图 1：性染色体的物理图片。 X在左边，Y在右边。 资料来源：nature.com。
表 1：X 和 Y 染色体之间的粗略比较。 来自 Skaletsky 等人的信息。 （2003）和罗斯等人。 （2005 年）。
所以让我们讨论一下有什么。 （请原谅时髦的图像放置 - 不知道发生了什么。）
在人类基因组计划期间，大部分 Y 染色体被忽略了，因为它充满了重复序列、转座子和其他序列，需要比 2000 年更详细的分析。2003 年，Skaletsky 等人。 （来自 Whitehead 的 Page 实验室）公布了他们的完整 Y 序列以及对他们发现的结果的初步分析。
主要发现是 Y 是由“离散序列类别的马赛克”组成的。 进化不是一个长长的 DNA 序列，而是以不同的方式塑造了染色体的各个部分，从而使不同的类别具有自己的定义特征！
假常染色体区域. 假常染色体区域 (PAR) 是历史上公认的类别，位于 Y 染色体的两端，是唯一与 X 染色体定期重组的部分。 在这些区域中已鉴定出超过 25 个基因（Ross 等，2005），并且不包括在上述 78 个计数中。 除了可能稍后发布的帖子外，PAR 将被忽略。
因为假设 Y 染色体的其余部分不与 X 重组，Skaletsky 等人。 (2003) 将 Y 的大部分称为 Y 的男性特定区域，或 MSY。 稍后我们将看到 Y 染色体和重组实际上要复杂得多！
X转置类. 自从过去 3.4 万年人类与黑猩猩分化以来的一段时间，人类血统中发生了 21Mb X 到 Y 的转座。 自该事件以来，一次倒置将该区域一分为二。 除了容纳从 X 染色体传播的两个基因外，该区域在功能上是惰性的。 尽管它与其起源 Xq2003 仍具有高度序列相似性，但该区域不参与重组（Skaletsky 等，XNUMX）。
X-退化类. X 转座区域 (8.6Mb) 的两倍多，X 退化区域实际上在 Y 的两个臂上分成八个不同的块。该区域仅包含 13 个单拷贝基因和 14 个单拷贝假基因，与 X 同源，核苷酸相似性范围为 60-96% (Skaletsky et al., 2003)。 此外，所有 Y 的“普遍表达”（非睾丸特异性）基因都位于该区域内。 换句话说，该区域就像一个衰变的 X（因此得名），反映了染色体的常染色体历史。 有趣的是，虽然 X 退化区域包含所有非睾丸特异性基因，但它也包含 SRY，性别决定因素。
图 2：人类 Y 染色体的男性特异性区域 (MSY)。 资料来源：Skaletsky 等人。 （2003 年）。
扩增类. 最后一个序列类，即扩增子，比前两个类更复杂，因为它包含更多基因并且具有更奇怪的结构。 10.2Mb 类分为七个部分，包含 MSY 上最高密度的基因。 扩增子是一个通用术语，用于将高度重复的 MSY 特定单元组合在一起。 为了识别这些扩增子，Skaletsky 等人。 以 50kb 的步长将 1kb 的滑动窗口与其他常染色序列进行比较，任何显示与另一个序列相似性超过 50% 的窗口都被视为扩增子（图 3 中的蓝色区域）。 尽管这看起来很随意，但 60% 的区域显示出超过 99.9% 的相似性（Skaletsky 等，2003）。
图 3：染色体内序列相似性图，用于识别扩增序列（蓝色）。 使用 50kb 滑动窗口和 1kb 步长，将每个 MSY 常染色序列与所有其他可用的常染色序列进行比较。 显示与另一个窗口具有 >50% 相似性的窗口。 改编自 Skaletsky 等人。 （2003 年）。
这些高序列相似性的原因是扩增子区域主要由跨越长臂的 5.7 个大回文组成，跨越 25Mb（或大约 99.94% 的 MSY）。回文的两个臂显示臂到臂的序列相似性在 99.997 和 1% 之间。 最大的回文数 P2.9 是一个惊人的 24Mb 长，其内部还包含两个 2kb 的回文数。 每个回文在其中心都有一个间隔，其范围为 170-XNUMXkb，在基因转换中形成发夹（我们将在后面的文章中讨论——这真的很酷！）。 其中六个回文包含蛋白质编码基因，每个基因至少有两个拷贝（每条臂上一个）。 在九个基因家族中，有六个是回文独有的。
至于基因内容，MSY 的 156 个转录单元中，有 135 个在这里找到，与 X 简并区域不同，这些基因是睾丸特异性的，存在多个副本（称为基因家族）。 60 个蛋白质编码基因属于 XNUMX 个家族，拷贝数大多在 XNUMX 到 XNUMX 个拷贝之间（含 TSPY 有 35 份）。 斯卡莱茨基等人。 但是请注意，由于该区域的高度重复性，拷贝数可能因人而异。
Y染色体的短臂不是回文，而是包含Skaletsky等人的。 称为“转录活性串联阵列”，或在一行中找到的转录单元的副本。 TSPY （睾丸特异性蛋白 Y）是一个 20.4kb 的重复单元，在一行中存在 35 个拷贝，这使得阵列长约 700kb。 有趣的是，一条链编码 TSPY，另一条链编码一个以前未知的转录单元，称为 CYorf16 其功能仍然未知——一个序列编码蛋白质，反向序列编码转录因子！ 这个 35 个单元的簇是迄今为止在人类基因组中发现的最大的蛋白质编码串联阵列（Skaletsky 等，2003）。 （此外，另一个串联的非编码转录单元阵列称为 TT 大约 622kb 长。）
表 2：由 Skaletsky 等人在 2003 年鉴定的人类 Y 染色体的三个常染色质序列。
穿插元素. MSY 也充满了散布的重复元素——大约 47%（比基因组平均值高 3%（表 3））。 然而，扩增子区域的重复元件密度比基因组的其余部分低大约 9%。 X 转座区本身是 60% 的穿插重复。 我们可能会在以后的文章中讨论这个问题——我对这些事情的理解相当有限，需要我多读一些。
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Skaletsky 等人的工作。 (2003) 表明 Y 染色体比以前认为的要复杂得多。 这篇文章比我真正想要的要长一点，技术性更强，但是奠定这个背景对于本系列的其余部分很重要。 请记住以下关键事实：
1）在Y染色体上发现了几个序列类别。
2) X 转置区域是从 X 转置到 Y 的相对惰性部分。
3) X 退化区域是衰变 X 染色体的残余物。 它包含在全身表达的单拷贝基因（正如 X 染色体基因所预期的那样）。 该地区还包含 SRY.
4）由于大部分由大量回文组成，扩增子区域显示出高度的序列相似性。 该区域内的基因存在多个拷贝并且是睾丸特异性的。
下一篇文章将重点介绍 X 退化区域——它比这篇文章中传达的要有趣得多。 之后，我们将专注于扩增区域和那些巨大的回文以及它如何质疑非重组 Y 的想法。别担心； 最好的东西还没来！
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Mark T. Ross、Darren V. Grafham、Alison J. Coffey、Steven Scherer、Stephan Beck、Jane Rogers 和 David R. Bentley (2005)。 人类 X 染色体的 DNA 序列 Nature, 434, 325-337 : 10.1038 / nature03440
Skaletsky H、Kuroda-Kawaguchi T、Wilson RK、Rozen S 和 Page DC（2003 年）。 人类 Y 染色体的男性特异性区域是离散序列类别的镶嵌。 自然, 423 (6942), 825-37 PMID: 12815422
很棒的帖子。 我敢肯定，许多 Gene Expression 读者并没有将全部时间投入到遗传学/生物学上，因此很高兴看到可以从科普文献中轻松收集到的内容得到解释和量化。
我知道其他一些物种（我相信昆虫和鸟类）有 不同 性染色体系统。 这对他们最近的共同祖先有何暗示？
@老兄。 谢谢！
@TGGP。 我不完全确定你在问什么，但我会试一试。 性染色体的多样性令人难以置信——哺乳动物、鸟类、一些昆虫，甚至一些植物和其他人——但这些染色体并没有共同的进化历史。
哺乳动物性染色体 (XY) 与鸟类性染色体 (ZW) 不是同源的。 我还没有真正深入研究比较系统的文献，但我知道 Xp（哺乳动物）与鸡的 1q 同源，而 Xq 与鸡的 4p 同源。 （加上哺乳动物的异配性别是雄性，而鸟类是雌性。）
这表明性染色体已经多次独立出现。 我知道来自伯克利的 Doris Bachtrog 在研究最近出现的（过去 1 万年）性染色体 果蝇米兰达，查尔斯沃思实验室一直在研究 千里光 （上升 10-20 mya），并且有证据表明在某些白杨物种中现在出现了性染色体系统。
就像我说的，我无法对这一切进行深入调查。 不过，我确实计划在某个时候这样做，并且手头有几篇论文。 我希望我回答了你的问题。
Kele：非常感谢这篇文章和其中的工作。 我敢肯定，我不是唯一一个对遗传学感兴趣但几乎没有技术背景的门外汉，他们觉得这很有趣。 如果你想在其他基因学科中做类似的项目——写作水平比大众科学更上一层楼，但又能让读者完全接触到未经保护的原始科学——请这样做。
可乐，
谢谢你这篇非常有趣的帖子。 我期待别人。
很酷的帖子。 有另一个博主加入是件好事。 顺便说一句，我觉得这句话特别有趣：“如图 1 所示，Y 染色体（右侧）非常小。 一看就觉得有点可怜。”
谢谢大家的评论！
@道格1943。 我一定会尝试写其他主题。 自从我写了一篇关于 Y 染色体的论文后，我在博客上写起来感觉更舒服一些，虽然我开始意识到我实际上有多少不明白，所以我很高兴我开始了这个项目。 我目前正在阅读有关突变偏见的文章，但由于我对该主题几乎一无所知，因此试图赶上这么多年的研究进展缓慢。 不过，您可以在某些时候期待有关突变偏见的博客！