Neue Forschungsergebnisse an sechs Primatenarten legen nahe, dass sich das Y-Chromosom bei Primaten – einschließlich Menschen – viel schneller entwickelt als das X-Chromosom.
Zum Beispiel teilen sich Menschen und Schimpansen bis zu 98% ihrer DNA über das gesamte Genom, aber nur 14 % bis 27 % der DNA-Sequenzen auf dem menschlichen Y-Chromosom werden mit unseren nächsten lebenden Verwandten geteilt.
Der Befund überraschte die Wissenschaftler, da sich die Evolutionsgeschichte von Mensch und Schimpanse erst vor 7 Millionen Jahren getrennt hat – was aus evolutionärer Sicht ein kleiner Ausreißer ist.
„Ich gehe davon aus, dass sich mein Genom sehr von dem von Bakterien oder Insekten unterscheidet, da evolutionär gesehen viel Zeit vergangen ist“, so der Co-Autor der Studie. Brandon Pickettein Postdoktorand am National Human Genome Research Institute (NHGRI) der National Institutes of Health, sagte gegenüber Live Science. „Aber bei anderen Primaten erwarte ich, dass es ziemlich ähnlich ist.“
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Es ist nicht ganz klar, warum sich das Y-Chromosom so schnell entwickelt. Zunächst einmal gibt es nur eine einzige Kopie des Y-Chromosoms pro Zelle – bei Primaten tragen Weibchen zwei Kopien des X-Chromosoms, während Männchen ein X- und ein Y-Chromosom haben – das Y-Chromosom spielt eine entscheidende Rolle bei der Spermienproduktion und Fruchtbarkeit. Nur eine einzige Kopie des Y-Chromosoms zu haben, stellt eine Schwachstelle dar – falls es zu Veränderungen kommt, gibt es kein zweites Chromosom, das als Ersatz dienen könnte.
Und Änderungen Sind tritt wahrscheinlich aufgrund einer sogenannten Mutationsneigung auf. Das Y-Chromosom ist möglicherweise so anfällig für Veränderungen, weil es viele Spermien erzeugt. Dies erfordert eine hohe DNA-Replikation. Und jedes Mal, wenn DNA kopiert wird, besteht die Möglichkeit, dass sich Fehler einschleichen.
Wissenschaftler haben bereits die Primatengenom für alle 16 repräsentativen Familien.
In der neuen Studie, die am 29. Mai in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturverglichen Wissenschaftler die Geschlechtschromosomen von fünf Menschenaffenarten – Schimpansen (Pan troglodytes), Bonobos (Paniscus-Pflanze), Westliche Flachlandgorillas (Gorilla, Gorilla, Gorilla) und Borneo- und Sumatra-Orang-Utans (Pongo pygmaeus Und Pongo abelii) – und eine Art, die entfernter mit dem Menschen verwandt ist, der Siamang-Gibbon (Symphalangus syndactylus).
Das Team untersuchte die Chromosomen mithilfe der Telomer-zu-Telomer-Sequenzierung (T2T). T2T kann repetitive Elemente genau sequenzieren, darunter auch die schützenden Telomer-„Kappen“ von Chromosomen, die sich in der Vergangenheit als schwer lesbar erwiesen haben, sagte Pickett. Die Forscher verwendeten Computersoftware, um die Sequenzierungsergebnisse miteinander zu vergleichen, indem sie Alignments erstellten, um zu zeigen, welche Teile des Chromosoms sich verändert hatten und welche gleich geblieben waren.
Die chromosomalen X- und Y-Sequenzen jeder der sechs Arten wurden auch mit dem menschlichen X- und Y-Chromosom verglichen, das bereits in einer frühere Studiemit der T2T-Methode.
Die Ergebnisse zeigten, dass sich das Y-Chromosom bei allen untersuchten Arten schnell entwickelte. Sogar Arten derselben Gattung haben sehr unterschiedliche Y-Chromosomen. So trennten sich beispielsweise Schimpansen und Bonobos erst vor 1 bis 2 Millionen Jahren, und dennoch gibt es einen dramatischen Unterschied in der Länge ihrer Y-Chromosomen, sagte Christian Roosein leitender Wissenschaftler am Primatengenetiklabor des Deutschen Primatenzentrums, der nicht an der Studie beteiligt war.
In einigen Fällen betrug der Längenunterschied – verursacht durch Chromosomenverluste oder -duplikationen, die beim Kopieren der DNA auftreten – bis zu etwa der Hälfte der beobachteten Unterschiede. So war beispielsweise das Y-Chromosom des Der Sumatra-Orang-Utan ist doppelt so lang wie das Y des Gibbons Chromosom.
Im Gegensatz dazu stellte die Studie fest, dass das X-Chromosom bei allen Primatenarten stark konserviert ist, wie es bei einer Struktur mit entscheidender Rolle bei der Fortpflanzung zu erwarten ist.
Ein Grund, warum das Y trotz einer so hohen Mutationsrate zu gedeihen scheint, ist, dass es bei allen untersuchten Arten Abschnitte mit hochgradig repetitivem genetischem Material enthält, wie etwa Palindrom-Wiederholungen, bei denen die Sequenz vorwärts und rückwärts gleich lautet. In diesen Abschnitten sich wiederholender DNA sind Gene eingebettet. Die wiederholte DNA kann also wichtige Gene vor Replikationsfehlern schützen und so wichtiges biologisches Material bewahren, schrieben die Forscher in ihrem Artikel.
Allerdings wies die Studie auch Einschränkungen auf: So wurde nur ein einziger Vertreter jeder Primatenart untersucht und es ließ sich keine Aussage darüber treffen, wie stark das Y-Chromosom bei Tieren der gleichen Art variiert, so Pickett.