常染色體也可以影響性別

在以往人們的認識里人們認為哺乳動物有X和Y兩條性染色體，XX代表女性，XY代表男性。而鳥類也是兩條性染色體Z和W ，ZZ代表雄性鳥，ZW代表雌性。

但是zui近nature報道了一種鳥類不只有這兩條性染色體，它的2號常染色體也可以影響它的性別。這項研究是Gonser和他的妻子Elaina Tuttle花了一輩子心血研究的東西。

今年52歲的Tuttle因為癌癥了，在她死前6個月，他們夫妻和他們的團隊發(fā)表了一份論文，而這也是這項工作的。它解釋了偶然的基因突變?nèi)绾问挂粋€物種產(chǎn)生一個不尋常的進化路徑。

Elaina Tuttle

突變使2號染色體的大部分發(fā)生倒置，使其不能與等位染色體配對并交換遺傳信息。倒置以后超過1100個基因作為一個巨大“超基因”的一部分繼承，并zui終導(dǎo)致兩個不同的“變形”-不同的亞型，不同的顏色，不同的行為，而這些都與倒置的演變有關(guān)。

Gonser和Tuttle的飛躍是為了表明這個過程與某些性染色體，如人類性染色體X和Y的早期進化幾乎相同。研究人員意識到，除了兩條已經(jīng)有的性染色體外，鳥類還進化出了另外兩條類似性染色體的常染色體。

卡羅來納大學(xué)的進化生物學(xué)家克里斯托弗·巴拉克里斯南說，“這只鳥的行為好像有四種性別”，他和Gonser和Tuttle一起工作。 “一只鳥只能與四分之一的鳥交配。 有兩個以上性別的性系統(tǒng)很少。

這項工作也有助于解釋一個長久的生物學(xué)家難題。它展示了兩條相同的染色體如何演變成不同的亞型，而這可以定義一個物種的性別及其不同的行為。

更加不尋常的是Gonser和Tuttle的項目積累了近30年的數(shù)據(jù)。 Gonser決定繼續(xù)該項目。今年夏天他回到田間工作站，并利用這只小花園鳥來了解性染色體如何演變。

這種鳥在北美東部一半的花園中比較常見，乍一看，它相當平淡。 所有的鳥都有棕褐色和灰色的羽毛，除了下巴下面的白色斑塊以及眼睛和喙之間明亮的黃色條紋。 但仔細觀察以后就發(fā)現(xiàn)了兩種不同的類型：一些在他們的頭上有白色條紋，一些有褐色條紋。 而且，鳥類學(xué)家和自然主義者早已知道，這兩個變體的行為方式不同。白條紋的鳥似乎只與棕褐色條紋的鳥交配。這是一種相對不尋常的現(xiàn)象，被稱為分裂交配。而Tuttle感興趣的是：為什么兩個變體會有這種行為方式？

查閱文獻就可以得知很多線索。在1966年，鳥類學(xué)家H.T.Torneycroft在Science上發(fā)表了一篇論文，指出了鳥類不尋常的染色體對。 棕褐色鳥攜帶兩個2號染色體拷貝相同，但在白鳥中，一個拷貝發(fā)生了倒置。 好像有人拿了一把剪刀，剪掉了大部分的染色體，然后又把它倒置放回去。Thorneycroft還指出，在脊椎動物中這種大的染色體倒置是罕見的。 它看起來像時為了保持兩個變體在種群中的比例相等，因為孟德爾遺傳定律確保了白色和棕褐色的后代各有一半，但它需要更多的工作，證明這是真的。

Tuttlezui初專注于收集更多關(guān)于他們的行為的細節(jié)，例如他們?nèi)绾芜x擇配偶，如何建立巢穴。 為了了解什么東西可能影響后代的生存。 她捕捉和標記鳥，抽取血液樣本，完善收集精液。 Gonser很快就進入了工作。2000年他們的Caleb出生后，他們一家人開始在Cranberry湖度過夏天，而此后他們慢慢地了解了更多關(guān)于麻雀的事情。

在2003年的論文中，Tuttle使用雛鳥的遺傳分析來量化兩個變體之間不同的生殖策略。 她表明，白色條紋的鳥類中將近三分之一的雄性產(chǎn)生的后代不是由他們共享巢穴的雌性所生。 而相比之下，棕褐色色鳥類的雄性會花費更少的精力找到額外的伴侶，并且花更多的時間守衛(wèi)自己，所以他們更有可能是他們養(yǎng)育的雛鳥的父親。 雖然這兩個變體繁殖方式不同，但都繁殖成功。

六年后，該團隊獲得了NIH的資助開始進行遺傳分析。他們詳細定位了2號染色體，發(fā)現(xiàn)這些變化并不像Thorneycroft所指出的那樣是單一的倒置，而是實際上是顛倒基因的一系列倒置。 他們確定了幾個可能與羽毛顏色和行為相關(guān)的基因，這可能解釋兩個變體之間的差異。

到這里，研究人員提出鳥類正在進化第二套性染色體的概念。

 2號染色體上的倒置不包括確定性發(fā)育的基因，但它確實包含能夠影響鳥類繁殖行為的基因。 隨著時間的推移，這些基因發(fā)散并驅(qū)動兩個變體的不同特征。“無論什么基因控制這些行為差異，zui終都會追溯到這種倒置，”Maney說。

Gonser和Tuttle需要許多鳥類的基因組進行測序，以示親子和突變率，并與基因組的剩余部分的倒置進行比較。

到2015年夏天，團隊收集了他們需要的生態(tài)和遺傳數(shù)據(jù)，并正在對他們的大數(shù)據(jù)進行zui后整理。在2016年1月，當論文在當代生物學(xué)發(fā)表時，它明確表明2號染色體像一個性染色體一樣進化。 白色和棕褐色交配是非常罕見的。