Теперь исследователи из Университета Рочестера нашли способ секвенировать большую часть Y-хромосомы у плодовой мушки Drosophila melanogaster – максимум, что Y-хромосома собрана у плодовых мушек. Исследование, опубликованное в журнале Genetics, позволяет по-новому взглянуть на процессы, которые формируют Y-хромосому, «и дополняет доказательства того, что Y-хромосомы вдали от генетической пустоши очень динамичны и имеют механизмы для приобретения и поддержания генов», говорит Аманда Ларракуэнте, доцент кафедры биологии в Рочестере.
Печально известная Y-хромосома
Y-хромосомы – это половые хромосомы у мужчин, которые передаются от отца к сыну; они могут быть важны для мужской фертильности и определения пола у многих видов.
Несмотря на то, что Y-хромосомы плодовой мушки и млекопитающих имеют разное эволюционное происхождение, у них есть параллельные структуры генома, говорит Ларракуэнте, соавтором статьи со своим докторантом Чинг-Хо Чанг. "Drosophila melanogaster – это первоклассный модельный организм для генетики и геномики, и, возможно, он имеет лучшую сборку генома среди всех животных. Несмотря на эти ресурсы, мы очень мало знаем об организации Y-хромосомы дрозофилы, потому что большая ее часть отсутствует в сборке генома."
Это отчасти потому, что большинство Y-хромосом не подвергаются стандартной рекомбинации. Как правило, гены от матери и отца перетасовываются – или «перекрещиваются» – для получения генетической комбинации, уникальной для каждого потомства.
Но Y-хромосома не подвергается кроссинговеру, и в результате ее гены имеют тенденцию к вырождению, в то время как повторяющиеся последовательности ДНК накапливаются.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ VS. СБОРКА
Каждая хромосома состоит из ДНК. При картировании генома традиционные методы секвенирования расщепляют нити ДНК и считывают – или секвенируют – их, а затем пытаются вывести порядок этих последовательностей и собрать их вместе.
Но «есть разница между секвенированием генома и сборкой генома», – говорит Ларракуенте.
На Y-хромосоме так много повторяющихся нитей, что части, как правило, выглядят одинаково. Поэтому сложно понять, откуда они берутся и как собрать нити заново – как если бы вы пытались собрать пазл, когда все части одного цвета. "Когда мы пытаемся взять эти кусочки ДНК и собрать их, чтобы увидеть, как выглядит хромосома, мы не можем заполнить некоторые из этих пробелов. У нас может быть последовательность, но мы не знаем, куда она идет."
РАЗЛИЧНЫЙ ТИП РЕКОМБИНАЦИИ
Используя данные о последовательностях, полученные с помощью новой технологии, которая считывает длинные цепи отдельных молекул ДНК, Чанг и Ларракуэнте разработали стратегию сборки большой части Y-хромосомы и других участков с плотным повторением. Собрав большую часть Y-хромосомы, они обнаружили, что Y-хромосома имеет множество дублированных последовательностей, где гены присутствуют в нескольких копиях. Они также обнаружили, что, хотя Y-хромосома не подвергается кроссинговеру, она подвергается другому типу рекомбинации, называемому преобразованием генов. По словам Ларракуенте, хотя кроссинговер включает перетасовку и обмен генами между двумя разными хромосомами, преобразование генов не является взаимным. «У вас нет двух хромосом, которые обмениваются материалом, у вас есть одна хромосома, которая передает свою последовательность другой части хромосомы», и последовательности становятся идентичными.
Таким образом, Y-хромосома нашла способ поддерживать свои гены с помощью процесса, отличного от кроссинговера, говорит Ларракуенте. «Обычно мы думаем об Y-хромосоме как о действительно суровой среде для выживания гена, но этим генам удается экспрессироваться и выполнять свои функции, важные для мужской фертильности. Это безудержное преобразование генов, которое мы наблюдаем, является одним из способов, которым, по нашему мнению, гены могут выжить на Y-хромосомах."