Y染色體的發現及研究歷程簡介

馬小明

(甘肅省臨夏中學 731100)

人類的Y染色體被公認為是男性的象征，但它的長度大概只有X染色體的1/3，所含基因也比X染色體少得多。截止到2006年12月，Y染色體上約有115個編碼蛋白質的基因列在基因庫中，其重復序列與其他染色體相比是最高的[1]。人類Y染色體的起源可以追溯到3億多年前：大約3. 1 億年至1. 7 億年前Y染色體才開始從X染色體中分化出來[1]。

1 早期動物細胞內Y染色體的發現

1890年，赫爾曼·亨金(Hermann Henking)在觀察紅蝽(Pyrrhocoridae)生殖器細胞時發現一條特殊的染色體，其他染色體都兩兩配對而這條染色體孤零零的獨處一方，他將這條染色體稱為 “受冷落的染色體”——“X染色體(X-chromosome)”[2]。

1890～1892年，克拉倫斯·麥克倫(Clarence Mcclung)依據其在堪薩斯大學對蝗蟲的研究作出判斷：X染色體是最可能對性別遺傳起作用的染色體，他稱含X染色體的精子與卵子結合后形成的受精卵發育為雄蟲，而精子中若沒有X染色體則與卵子結合會發育為雌蟲。他十分堅定的將X染色體定義為“雄性決定因素”[2]。

1903～1912年，內蒂·斯蒂文斯(Neittie Stevens)發現擬步甲殼蟲(Tenebrio)雌性幼蟲細胞含有20條標準尺寸的染色體，而雄性幼蟲的細胞只含有19條大染色體和一條細小的染色體。此外，雌蟲產的卵細胞總含有10條大染色體而雄蟲的精子則含10條大染色體或含有9條大染色體和一條小染色體。他將這條小染色體稱為“Y染色體(Y-chromosome)”[2]，并意識到是這條小染色體在控制性別。

2 人類Y染色體的發現和研究

1921年，Painter利用光學顯微鏡發現人類細胞內存在男性特有的染色體—— Y染色體[3]；并且發現精子不是攜帶X染色體，就是攜帶Y染色體[4]。

1959 年，Jacobs對Klinefelter (XXY) 性染色體構成的男性進行了研究，Ford對Turner (XO) 性染色體構成的女性進行研究，他們的研究結果說明Y染色體可能攜帶性別決定的關鍵基因[5]。

艾爾弗雷·約斯特(Alfred Jost)用野兔作為實驗材料進行了一系列實驗，發現如果在胚胎時期摘除雄兔的睪丸，生出的幼兔就會具有雌性的機體結構，但是這樣的雌兔沒有卵巢；而將睪丸植入雌性胚胎中，就會促使胚胎向雄性機體發育。從而證實：在器官水平上“睪丸” 決定著胚胎的性別[2]。

20世紀80 年代，美國科學家佩基(David Page) 領導的實驗室開始用現代分子遺傳學技術和方法尋找決定男性的基因[2]。1986 年，他們發現Y染色體上有一特定小段含有決定男性的基因。第二年，他們認為這段里面一個特定的基因zfy是決定男性的基因。1990年，澳大利亞女科學家格雷烏斯(Marshall Graves) 和英國的洛威爾-巴奇(Lovell-Badge) 發現了另外一個基因sry，這個基因最終被證明是決定男性的基因[1]。基因sry只有在生殖腺里才制造相應的蛋白質，而這種蛋白質僅僅存在幾天隨后便消失了。若將性染色體組成為“XY”的老鼠胚胎中的sry基因損壞，這些胚胎就會以“女兒身”出生；如果將sry基因添加到XX胚胎的染色體上時，出生的則酷似雄鼠[2]。

1990年，Sinclair等從人類Y染色體上分離出性別決定基因sry[5]。當然，Y染色體sry基因對于男性的發育只是必要條件，并非充分條件，還需要一些睪丸促進因子、精子生成等相關基因。只有它們相互作用，才能刺激雄性生殖器官生成。這一過程復雜且嚴密，任何一處出現異常都會導致發育異常，最終出現男性不育。

2003 年6 月19 日，佩基實驗室和華盛頓大學基因測序中心聯合公布了Y染色體DNA 序列及其分析。佩基實驗室的研究發現：Y染色體有許多重復的回文結構序列，且這些重復的回文結構有重組能力，Y染色體自己的一段和另一段之間進行重組，靠這樣的自我重組來獲得活力。

3 Y染色體的形成機制的探究

1967年，Ohno推測人類的X染色體與Y染色體是由一對普通的染色體分歧進化而來的[6]。而要形成現在的Y染色體，需要經歷兩個事件：①原始Y染色體的退化；②睪丸決定基因的獲得。推測這一過程：Y染色體在某一時刻獲得了能產生男性特征的sry基因；同時，Y染色體通過抑制其重組，一步步地關閉與X染色體之間的交換，從而保留住sry基因。而進化過程中X與Y交換的關閉則引起Y染色體基因功能的單調下降，例如，原本在X與Y中都存在的13種基因在Y染色體中已經退化為假基因，大概還有幾百個其他的X同源基因在進化過程中從原始的Y染色體中被徹底刪除。可見，Y染色體除保留必要的X同源基因以保證某些持家功能外，己經喪失大部分基因或基因功能，但卻保持住獨特的性染色體功能。X染色體則維持了功能的完整性，女性中有利的染色體交換仍得以持續[1]。

Y染色體要維持sry的功能，必須提高sry的穩定性。在Y染色體上性別決定基因sry周圍逐漸積累一些雌性性別抵抗基因(亦稱作雄性性別有利基因)，從而形成一個Y染色體雄性特異區(MSY)[7]。MSY不斷地擴大，影響了同源重組，進而造成這一區域其他的基因發生降解，表現為一些假基因的出現和Y染色體體積的減小。同時，若該被降解的基因在雌性和雄性均有功能的話，這些被降解的基因在X染色體上的同源基因可能會發生劑量補償效應。雄性性別有利基因通過功能特化(出現多個基因家族成員)、常染色體轉座子滯留和復制、擴增等手段在Y染色體上不斷聚集；相似地，雌性性別有利基因在X染色體上也不斷聚集。由于非同源重組區也就是MSY的不斷擴大，在進化過程中，Y染色體不斷吸收一些常染色體片段來抑制這一區域的分化。所以，造成Y染色體上具有不同進化年齡和不同分化程度的片段。