本报讯 由美国宾夕法尼亚州立大学、国家人类基因组研究所和华盛顿大学的研究人员领导的一个国际合作团队，为5种大型类人猿和1种小型类人猿的性染色体生成了完整的“端粒到端粒”参考基因组，凸显了类人猿物种中雄性y染色体的快速变化。相关论文5月29日发表于《自然》。
这一发现揭示了性染色体的进化，并为了解与类人猿和人类性染色体上基因相关的疾病提供了信息。
研究团队负责人、宾夕法尼亚州立大学维恩·魏勒曼生命科学讲席教授kateryna makova表示：“y染色体对人类生育能力很关键，而x染色体含有对生殖、认知和免疫至关重要的基因。我们的工作为未来研究性染色体及其进化，以及与之相关的疾病打开了大门。”
科学家研究的现存灵长类动物都处于濒危状态，包括黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩、婆罗洲猩猩、苏门答腊猩猩，以及合趾猿。研究人员为6种类人猿生成了完整的性染色体序列。完整性染色体序列的可用性将有助于研究它们在野外的性别特异性传播，以及对繁殖至关重要的基因。
这些参考基因组为今后对这些物种的研究提供了一个有代表性的例子。研究组发现，与x染色体相比，不同类人猿的y染色体差异很大，而且含有许多物种特异性序列。然而，它们仍然受制于纯化选择—— 一种通过去除有害突变保护其遗传信息的进化力量。
论文共同第一作者、在宾夕法尼亚州立大学从事博士后研究的karol pál说：“y染色体测序一直具有挑战性，因为它包含许多重复区域，而且由于传统的短读测序技术需要在短时间内解码序列，因此很难将所得片段按正确的顺序排列。”
在这项研究中，科学家利用端粒到端粒（t2t）联盟开发的长读测序技术应对这一挑战。计算分析方面的进步，使他们实现了重复区域的测序和组装。通过将x和y染色体相互比较，以及在不同物种之间包括与先前生成的人类x和y染色体序列进行比较，研究人员获得了许多性染色体进化的新认知。
他们发现，在6种类人猿中，y染色体在各种特征上的变异性都比x染色体大得多。x染色体所含核苷酸的数量从黑猩猩的1.54亿个到大猩猩的1.78亿个不等，相差约2400万个；相比之下，y染色体所含核苷酸的数量从合趾猿的3000万个到苏门答腊猩猩的6800万个不等，相差约3800万个。
同时，物种间共享的dna序列数量在y染色体上更具可变性。例如，人类和黑猩猩之间大约有98%的x染色体是一致的，但大约只有1/3的y染色体是一致的。研究人员发现，这在一定程度上是因为y染色体更容易重排或复制部分遗传物质。
此外，在y染色体上，重复序列所占染色体的百分比变化也很大。根据物种的不同，重复序列占x染色体的62%至66%，而占y染色体的71%至85%。在人类基因组中，x和y染色体的这种百分比比其他染色体都高。
研究人员发现，y染色体上的许多基因似乎使用了两种策略来生存。一种策略利用了基因冗余。他们首次绘制了类人猿性染色体上多拷贝基因家族图谱，量化了这种基因冗余。另一种策略利用了回文结构。该团队首次获得了类人猿性染色体上回文结构的完整序列。研究发现，回文结构在它们的y染色体上特别长且丰富，但通常只在亲缘关系密切的物种中共享。
科学家认为，这项工作通过将生物信息学技术和进化分析相结合，寻找自然选择和其他进化力量作用于性染色体的证据，使研究人员能够更好解释人类现存的近亲——类人猿染色体的进化过程。（王方）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07473-2