Y染色体的发现及研究历程简介

马小明

(甘肃省临夏中学 731100)

人类的Y染色体被公认为是男性的象征，但它的长度大概只有X染色体的1/3，所含基因也比X染色体少得多。截止到2006年12月，Y染色体上约有115个编码蛋白质的基因列在基因库中，其重复序列与其他染色体相比是最高的[1]。人类Y染色体的起源可以追溯到3亿多年前：大约3. 1 亿年至1. 7 亿年前Y染色体才开始从X染色体中分化出来[1]。

1 早期动物细胞内Y染色体的发现

1890年，赫尔曼·亨金(Hermann Henking)在观察红蝽(Pyrrhocoridae)生殖器细胞时发现一条特殊的染色体，其他染色体都两两配对而这条染色体孤零零的独处一方，他将这条染色体称为 “受冷落的染色体”——“X染色体(X-chromosome)”[2]。

1890～1892年，克拉伦斯·麦克伦(Clarence Mcclung)依据其在堪萨斯大学对蝗虫的研究作出判断：X染色体是最可能对性别遗传起作用的染色体，他称含X染色体的精子与卵子结合后形成的受精卵发育为雄虫，而精子中若没有X染色体则与卵子结合会发育为雌虫。他十分坚定的将X染色体定义为“雄性决定因素”[2]。

1903～1912年，内蒂·斯蒂文斯(Neittie Stevens)发现拟步甲壳虫(Tenebrio)雌性幼虫细胞含有20条标准尺寸的染色体，而雄性幼虫的细胞只含有19条大染色体和一条细小的染色体。此外，雌虫产的卵细胞总含有10条大染色体而雄虫的精子则含10条大染色体或含有9条大染色体和一条小染色体。他将这条小染色体称为“Y染色体(Y-chromosome)”[2]，并意识到是这条小染色体在控制性别。

2 人类Y染色体的发现和研究

1921年，Painter利用光学显微镜发现人类细胞内存在男性特有的染色体—— Y染色体[3]；并且发现精子不是携带X染色体，就是携带Y染色体[4]。

1959 年，Jacobs对Klinefelter (XXY) 性染色体构成的男性进行了研究，Ford对Turner (XO) 性染色体构成的女性进行研究，他们的研究结果说明Y染色体可能携带性别决定的关键基因[5]。

艾尔弗雷·约斯特(Alfred Jost)用野兔作为实验材料进行了一系列实验，发现如果在胚胎时期摘除雄兔的睾丸，生出的幼兔就会具有雌性的机体结构，但是这样的雌兔没有卵巢；而将睾丸植入雌性胚胎中，就会促使胚胎向雄性机体发育。从而证实：在器官水平上“睾丸” 决定着胚胎的性别[2]。

20世纪80 年代，美国科学家佩基(David Page) 领导的实验室开始用现代分子遗传学技术和方法寻找决定男性的基因[2]。1986 年，他们发现Y染色体上有一特定小段含有决定男性的基因。第二年，他们认为这段里面一个特定的基因zfy是决定男性的基因。1990年，澳大利亚女科学家格雷乌斯(Marshall Graves) 和英国的洛威尔-巴奇(Lovell-Badge) 发现了另外一个基因sry，这个基因最终被证明是决定男性的基因[1]。基因sry只有在生殖腺里才制造相应的蛋白质，而这种蛋白质仅仅存在几天随后便消失了。若将性染色体组成为“XY”的老鼠胚胎中的sry基因损坏，这些胚胎就会以“女儿身”出生；如果将sry基因添加到XX胚胎的染色体上时，出生的则酷似雄鼠[2]。

1990年，Sinclair等从人类Y染色体上分离出性别决定基因sry[5]。当然，Y染色体sry基因对于男性的发育只是必要条件，并非充分条件，还需要一些睾丸促进因子、精子生成等相关基因。只有它们相互作用，才能刺激雄性生殖器官生成。这一过程复杂且严密，任何一处出现异常都会导致发育异常，最终出现男性不育。

2003 年6 月19 日，佩基实验室和华盛顿大学基因测序中心联合公布了Y染色体DNA 序列及其分析。佩基实验室的研究发现：Y染色体有许多重复的回文结构序列，且这些重复的回文结构有重组能力，Y染色体自己的一段和另一段之间进行重组，靠这样的自我重组来获得活力。

3 Y染色体的形成机制的探究

1967年，Ohno推测人类的X染色体与Y染色体是由一对普通的染色体分歧进化而来的[6]。而要形成现在的Y染色体，需要经历两个事件：①原始Y染色体的退化；②睾丸决定基因的获得。推测这一过程：Y染色体在某一时刻获得了能产生男性特征的sry基因；同时，Y染色体通过抑制其重组，一步步地关闭与X染色体之间的交换，从而保留住sry基因。而进化过程中X与Y交换的关闭则引起Y染色体基因功能的单调下降，例如，原本在X与Y中都存在的13种基因在Y染色体中已经退化为假基因，大概还有几百个其他的X同源基因在进化过程中从原始的Y染色体中被彻底删除。可见，Y染色体除保留必要的X同源基因以保证某些持家功能外，己经丧失大部分基因或基因功能，但却保持住独特的性染色体功能。X染色体则维持了功能的完整性，女性中有利的染色体交换仍得以持续[1]。

Y染色体要维持sry的功能，必须提高sry的稳定性。在Y染色体上性别决定基因sry周围逐渐积累一些雌性性别抵抗基因(亦称作雄性性别有利基因)，从而形成一个Y染色体雄性特异区(MSY)[7]。MSY不断地扩大，影响了同源重组，进而造成这一区域其他的基因发生降解，表现为一些假基因的出现和Y染色体体积的减小。同时，若该被降解的基因在雌性和雄性均有功能的话，这些被降解的基因在X染色体上的同源基因可能会发生剂量补偿效应。雄性性别有利基因通过功能特化(出现多个基因家族成员)、常染色体转座子滞留和复制、扩增等手段在Y染色体上不断聚集；相似地，雌性性别有利基因在X染色体上也不断聚集。由于非同源重组区也就是MSY的不断扩大，在进化过程中，Y染色体不断吸收一些常染色体片段来抑制这一区域的分化。所以，造成Y染色体上具有不同进化年龄和不同分化程度的片段。