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Les chercheurs déchiffrent l'évolution du chromosome Y dans les singes grandes

L'analyse neuve de la séquence d'ADN des chromosomes de Y de mâle-détail de toutes les substances vivantes de la famille de singe grande aide à expliquer notre compréhension de la façon dont ce chromosome énigmatique a évolué. Une illustration plus claire de l'évolution du chromosome Y est importante pour étudier la fertilité mâle chez l'homme ainsi que notre compréhension des configurations de reproduction et la capacité de suivre les lignées mâles dans les singes grandes, qui peuvent aider avec des efforts de conservation pour cette espèce menacée.

Une équipe des biologistes et des informaticiens à l'État de Penn a ordonnancé et a assemblé le chromosome Y de l'orang-outan et du bonobo et comparé ces séquences à l'être humain, au chimpanzé, et aux séquences existants du gorille Y. De la comparaison, l'équipe pouvaient expliquer les configurations de l'évolution qui semblent équiper des différences comportementales entre la substance et reconstruire un modèle de ce qu'ont ressemblé la force chromosome Y à dans l'ancêtre de toutes les singes grandes.

Un papier décrivant la recherche apparaît le 5 octobre 2020 dans les démarches de tourillon de l'académie nationale des sciences.

Le chromosome Y est important pour la fertilité mâle et contient les gènes critiques pour la production de spermatozoïdes, mais elle est souvent négligée dans des études génomiques parce qu'il est si difficile d'ordonnancer et se réunir. Le chromosome Y contient beaucoup de séquences répétitives, qui sont provocantes pour l'ordonnancement d'ADN, les séquences se réunissantes, et les séquences de alignement pour la comparaison. Il n'y a pas des progiciels de sortie de la boîte à traiter le chromosome Y, ainsi nous avons dû surmonter ces barrières et optimiser nos protocoles expérimentaux et de calcul, qui nous ont permis d'aborder des questions biologiques intéressantes. »

Monika Cechova, étudiant de troisième cycle à l'État de Penn au moment de la recherche et du Co-premier auteur du papier

Le chromosome Y est exceptionnel. Il contient relativement peu de gènes, on dont soyez impliqué dans la détermination et la production de spermatozoïdes de sexe mâles ; grandes parties d'ADN répétitif, courtes séquences répétées maintes et maintes fois ; et grands palindromes d'ADN, séquences répétées inverses qui peuvent être beaucoup de milliers de lettres longtemps et afficher la même chose vers l'avant et en arrière.

Les anciens travaux à côté de l'équipe comparant l'être humain, le chimpanzé, et les séquences de gorille avaient indiqué quelques configurations inattendues. Des êtres humains plus étroitement sont liés aux chimpanzés, mais pour certaines caractéristiques, le Y humain était plus assimilé au gorille Y.

« Si vous comparez juste l'identité de séquence--comparer comme, solides totaux, Cs, et Gs des chromosomes--les êtres humains sont plus assimilés aux chimpanzés, car vous prévoiriez, » ont dit Kateryna Makova, professeur de Pentz de biologie à l'État de Penn et un des chefs de l'équipe de recherche. « Mais si vous le regard auquel les gènes sont présents, les types de séquences répétitives, et les palindromes partagés, êtres humains examinez plus assimilé aux gorilles. Nous avons eu besoin du chromosome Y de la substance de singe plus grande pour taquiner à l'extérieur les détails de ce qui continuait. »

L'équipe a ordonnancé, pour cette raison, le chromosome Y d'un bonobo, d'un parent proche du chimpanzé, et d'un orang-outan, une singe grande plus lointainement relative. Avec ces séquences neuves, les chercheurs pourraient voir que le bonobo et le chimpanzé ont partagé la configuration exceptionnelle des régimes accélérés de modification de séquence d'ADN et de perte de gène, proposant que cette configuration ait apparu avant le fractionnement évolutionnaire entre les deux substances. L'orang-outan chromosome Y, d'autre part, qui sert d'outgroup pour meuler les comparaisons, ressemblé environ à ce que vous comptez basé sur sa relation connue aux autres singes grandes.

« Notre hypothèse est que la modification accélérée que nous voyons chez les chimpanzés et les bonobos pourrait être liée à leurs habitudes de conjugaison, » a dit Rahulsimham Vegesna, un étudiant de troisième cycle à l'État de Penn et au Co-premier auteur du papier. « Chez les chimpanzés et les bonobos, compagnons d'une femelle avec les mâles multiples pendant un cycle unique. Ceci mène ce que nous appelons « concurrence de sperme, « au sperme à partir de plusieurs mâles essayant de fertiliser un oeuf unique. Nous pensons que cette situation pourrait fournir la pression évolutionnaire d'accélérer la modification sur le chimpanzé et le bonobo chromosomes Y, comparé à d'autres singes avec différentes configurations de conjugaison, mais cette hypothèse, tandis que compatibles avec nos découvertes, les besoins d'être évalué dans les études ultérieures. »

En plus de taquiner à l'extérieur certains des détails de la façon dont le chromosome Y évolué dans la différente substance, l'équipe a employé l'ensemble de séquences de singe grande pour reconstruire ce que la force chromosome Y ont ressemblé à dans l'ancêtre des singes grandes modernes.

« Ayant les aides chromosomes Y héréditaires de singe grande nous pour comprendre comment le chromosome a évolué, » a dit Vegesna. « Par exemple, nous pouvons voir que plusieurs des régions et des palindromes répétitifs sur le Y étaient déjà présents sur le chromosome héréditaire. Ceci, consécutivement, plaide pour l'importance de ces caractéristiques pour le chromosome Y dans toutes les singes grandes et nous permet d'explorer comment ils ont évolué dans chacune de la substance indépendante. »

Le chromosome Y est également exceptionnel parce que, à la différence de la plupart des chromosomes il n'a pas un associé étant assorti. Nous chacun obtenons deux copies des chromosomes 1 à 22, et alors certains d'entre nous (des femelles) obtiennent deux chromosomes de X et certains d'entre nous (des mâles) obtiennent un X et un Y. Partner que les chromosomes peuvent mélanger des parties dans une « recombinaison appelée de processus, » qui est importante pour préserver les chromosomes evolutionarily. Puisque le Y n'a pas un associé, on l'avait présumé que les longues séquences palindromiques sur le Y pourraient pouvoir recombiner avec elles-mêmes et encore pouvoir ainsi préserver leurs gènes, mais le mécanisme n'a pas été connu.

« Nous avions l'habitude les caractéristiques d'une technique appelée Salut-c, qui capte l'organisme en trois dimensions du chromosome, pour essayer de voir comment cette « auto-recombinaison » est facilitée, » avons dit Cechova. « Ce qui nous avons trouvé était que les régions du chromosome qui recombinent les uns avec les autres sont maintenus dans la grande proximité à une des des autres dans l'espace par la structure du chromosome. »

« Travaillant sur les présents chromosomes Y beaucoup de défis, » a dit Paul Medvedev, professeur agrégé de l'informatique et de concevoir et des biochimies et de la biologie moléculaire à l'État de Penn et à l'autre chef de l'équipe de recherche. « Nous avons dû développer des méthodes spécialisées et des analyses de calcul pour représenter la nature hautement répétitive de la séquence du Y. Ce projet est vraiment croix-disciplinaire et ne pourrait pas s'être produit sans combinaison des scientifiques de calcul et biologiques que nous avons sur notre équipe. »

Source:
Journal reference:

Cechova, M., et al. (2020) Dynamic evolution of great ape Y chromosomes. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2001749117.