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Los investigadores descifran la evolución del cromosoma de Y en grandes monos

El nuevo análisis de la serie de la DNA de los cromosomas de Y varón-específicos de todas las especies vivas de la familia del gran mono ayuda a clarificar nuestra comprensión de cómo este cromosoma enigmático se desarrolló. Un retrato más sin obstrucción de la evolución del cromosoma de Y es importante para estudiar la fertilidad masculina en seres humanos así como nuestra comprensión de las configuraciones de la reproducción y la capacidad de rastrear los linajes masculinos en los grandes monos, que pueden ayudar con los esfuerzos de la protección para estas especies en peligro.

Las personas de biólogos y de informáticos en el Estado de Penn ordenaron y montaron el cromosoma de Y del orangután y del bonobo y compararon esas series al ser humano, al chimpancé, y a las series existentes del gorila Y. De la comparación, las personas podían clarificar las configuraciones de la evolución que parecen ajustar con diferencias del comportamiento entre la especie y reconstruir un modelo de lo que pudo haber parecido el cromosoma de Y en el antepasado de todos los grandes monos.

Un papel que describe la investigación aparece 5 de octubre de 2020 en los procedimientos del gorrón de la National Academy of Sciences.

El cromosoma de Y es importante para la fertilidad masculina y contiene los genes críticos para la producción de la esperma, pero se descuida a menudo en estudios genomic porque es tan difícil ordenar y montar. El cromosoma de Y contiene muchas series repetidores, que son desafiadoras para la secuencia de la DNA, las series de montaje, y las series de alineamiento para la comparación. No hay paquetes de programas informáticos de la fuera-de--caja a tratar del cromosoma de Y, así que tuvimos que vencer estos obstáculos y optimizar nuestros protocolos experimentales y de cómputo, que permitieron que dirigiéramos preguntas biológicas interesantes.”

Mónica Cechova, estudiante de tercer ciclo en el Estado de Penn a la hora de la investigación y del co-primer autor del papel

El cromosoma de Y es inusual. Contiene relativamente pocos genes, muchos cuyo están implicados en la determinación de sexo y la producción masculinas de la esperma; granes parte de DNA repetidor, series cortas relanzadas una y otra vez; y palíndromos grandes de la DNA, repeticiones invertidas que pueden ser muchos millares de cartas de largo y leer lo mismo adelante y de retroceso.

El trabajo previo por las personas que comparaban el ser humano, el chimpancé, y series del gorila había revelado algunas configuraciones inesperadas. Los seres humanos están más estrechamente vinculados a los chimpancés, pero para algunas características, la Y humana era más similar al gorila Y.

“Si usted apenas compara la identidad de la serie--el comparar como, Ts, Cs, y Gs de los cromosomas--los seres humanos son más similares a los chimpancés, pues usted preveería,” dijeron Kateryna Makova, el profesor de Pentz de la biología en el Estado de Penn y a uno de los líderes del equipo de investigación. “Pero si usted la mirada en la cual los genes están presentes, los tipos de series repetidores, y los palíndromos compartidos, seres humanos parece más similar a los gorilas. Necesitamos el cromosoma de Y de la especie del mono mayor tomar el pelo fuera los detalles de qué continuaba.”

Las personas, por lo tanto, ordenaron el cromosoma de Y de un bonobo, un familiar cercano del chimpancé, y un orangután, un gran mono más distante relacionado. Con estas nuevas series, los investigadores podrían ver que el bonobo y el chimpancé compartieron la configuración inusual de los índices acelerados de cambio de la serie de la DNA y de baja del gen, sugiriendo que esta configuración emergió antes de la hendidura evolutiva entre las dos especies. El cromosoma de Y del orangután, por otra parte, que sirve como outgroup esmerilar las comparaciones, parecido alrededor lo que usted prevee basado en su lazo sabido a los otros grandes monos.

“Nuestra hipótesis es que el cambio acelerado que vemos en chimpancés y bonobos se podría relacionar con sus hábitos de apareamiento,” dijo a Rahulsimham Vegesna, estudiante de tercer ciclo en el Estado de Penn y co-primer autor del papel. “En los chimpancés y los bonobos, compañeros de una hembra con los varones múltiples durante un único ciclo. El lleva qué llamamos “competencia de la esperma, “a la esperma de varios varones que intentan fertilizar un único huevo. Pensamos que esta situación podría proveer de la presión evolutiva para acelerar el cambio en el cromosoma de Y del chimpancé y del bonobo, comparado a otros monos diversas configuraciones de apareamiento, pero de esta hipótesis, mientras que son constantes con nuestras conclusión, las necesidades de ser evaluado en estudios subsiguientes.”

Además de tomar el pelo fuera algunos de los detalles de cómo el cromosoma de Y se desarrolló en especie individual, las personas utilizaron el equipo de series del gran mono para reconstruir lo que pudo haber parecido el cromosoma de Y en el antepasado de grandes monos modernos.

“Teniendo el gran mono ancestral que el cromosoma de Y nos ayuda a entender cómo el cromosoma se desarrolló,” dijo a Vegesna. “Por ejemplo, podemos ver que muchos de las regiones y de los palíndromos repetidores en la Y estaban ya presentes en el cromosoma ancestral. Esto, a su vez, está a favor de la importancia de estas características para el cromosoma de Y en todos los grandes monos y permite que exploremos cómo se desarrollaron en cada uno de la especie separada.”

El cromosoma de Y es también inusual porque, a diferencia de la mayoría de los cromosomas no tiene un socio de igualación. Cada uno conseguimos dos copias de los cromosomas 1 a 22, y entonces algunos de nosotros (las hembras) consiguen dos cromosomas de X y a algunos de nosotros (los varones) consiguen un X y a un Y. Partner que los cromosomas pueden intercambiar secciones en un proceso llamado la “recombinación,” que es importante preservar los cromosomas evolutionarily. Porque la Y no tiene un socio, había sido presumido que las series palindrómicas largas en la Y pudieron poder recombinar con ellos mismos y así todavía poder preservar sus genes, pero el mecanismo no era sabido.

“Utilizamos los datos de una técnica llamada Hola-c, que captura la organización tridimensional del cromosoma, para intentar ver cómo se facilita esta “uno mismo-recombinación”,” dijimos a Cechova. “Qué encontramos era que las regiones del cromosoma que recombinan con uno a son mantenidos la gran proximidad a otra espacial por la estructura del cromosoma.”

El “trabajo en el cromosoma de Y presenta muchos retos,” dijo a Paul Medvedev, profesor adjunto de informática y de dirigir y de la bioquímica y de la biología molecular en el Estado de Penn y el otro líder del equipo de investigación. “Tuvimos que desarrollar métodos especializados y análisis de cómputo para explicar la naturaleza altamente repetidor de la serie del Y. Este proyecto es verdad cruz-disciplinario y no habría podido suceso sin la combinación de científicos de cómputo y biológicos que tenemos en nuestras personas.”

Source:
Journal reference:

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