Н. Ю. Феоктистова

Подземные новаторы

В статье «Детективная история Y-хромосомы», опубликованной в № 22/2008 мы уже упоминали необыкновенного зверька – горную слепушонку (Ellobius lutescens), у которого пол определяется не как у всех млекопитающих набором половых хромосом (самцы – ХY, самки – ХХ), а совершенно иным образом. У этого вида грызунов и у самцов, и у самок имеется только по одной половой хромосоме – Х, Y-хромосомы не существует вообще, а фактор определения пола связан с одной из аутосом. В итоге самцы и самки этого вида продуцируют гаметы с 8 и 9 хромосомами. Зиготические комбинации 8+8 и 9+9 летальны, комбинация 8+9 дает самцов, а 9+8 – самок. Причем похвастаться таким удивительным определением пола может не только горная слепушонка, но и ее близкие родственники: обыкновенная и восточная слепушонки демонстрируют совершенно нестандартный для млекопитающих хромосомный набор. Кроме того, этих грызунов отличает еще целый ряд особенностей, о которых мы и расскажем в настоящей статье. Итак, давайте познакомимся со слепушонками поближе.

Многие грызуны являются замечательными землекопами. Таковы и слепушонки. Практически вся их жизнь проходит в сложных лабиринтах подземных ходов. Роют они в основном верхними резцами, которые направлены вперед и вниз. У слепушонок практически нет наружного уха, а глазки маленькие, подслеповатые. Питаются слепушонки преимущественно подземными органами растений. Дважды (а в благоприятные времена и трижды) в год самка производит на свет от 3 до 5 малышей, которые довольно быстро вырастают и становятся самостоятельными.

Род слепушонок (Ellobius) относится к подсемейству полевок, семейству хомяковых и включает пять ныне живущих видов. Самый крупный из них – афганская слепушонка, обитающая на территории Туркменистана, Ирана и Афганистана, имеет длину около 15 см. И это единственный вид слепушонок, который имеет стандартный для млекопитающих тип определения пола: ХХ – у самок и ХY – у самцов. А всего хромосом у этого вида 36. Следующий несколько более мелкий вид слепушонок – горная, с рассказа о которой мы начали этот очерк. Она имеет длину около 13 см и водится в Армении, Турции и Иране. У этого удивительного вида в кариотипе нечетное число хромосом – 17! Следующие три вида – слепушонка обыкновенная, восточная и алтайская – практически являются видами-двойниками. Все они имеют длину около 11 см и не отличаются друг от друга по внешним признакам. Зато хорошо различаются по количеству и морфологии хромосом. У алтайской слепушонки в кариотипе 52 хромосомы, у обыкновенной – 54, а у восточной – от 54 (но отличных от хромосом обыкновенной слепушонки) до 31 хромосомы! Причем все это хромосомное разнообразие может быть встречено на территории протяженностью всего в 120 км – в долинах рек Вахш и Сурхоб в горах Памиро-Алая в Таджикистане.  Под влиянием каких-то пока неведомых исследователям причин две одноплечие (акроцентрические) хромосомы сливаются в одну двуплечую (метацентрическую) и таким образом число хромосом в наборе сокращается, но потери генетического материала не происходит. Однако меняется форма хромосом и их взаимное расположение, что имеет большое значение для реализации генетической информации. Интересно, что двуплечие хромосомы закрепляются в поколениях не случайно, а по определенным законам. Как показали эксперименты, преимущество в закреплении имеют крупные хромосомы.

Подобная ситуация встречается не только у слепушонок, но и у двух родов мышей – Mus и Leggada, у бурозубок рода Sorex, кустарниковых полевок Terricola и еще у ряда видов. Все эти виды грызунов и насекомоядных очень интересны с точки зрения изучения начальных этапов видообразования. Однако слепушонки интересны не только особенностями хромосомных перестроек. У них, как уже сказано, может быть весьма нестандартный механизм определения пола. Среди млекопитающих отклонения от «стандартной схемы» известны еще только у однопроходных, представителей другого подкласса! У утконоса  система хромосомного определения пола весьма сложна, у этого вида имеется 5 Х- и 5 Y-хромосом. А у австралийской ехидны – 4 Y и 5 Х, т.е. всего 9 половых хромосом.

У плацентарных млекопитающих крупная и богатая генами Х-хромосома и маленькая Y-хромосома не гомологичны, за исключением маленького «псевдоаутосомного региона» на одном или обоих концах этих хромосом, которыми они соединяются и где идет рекомбинация в процессе мейоза. Поскольку у самок в наборе две копии Х-хромосомы, а у самцов одна, то неизбежно должен нарушаться баланс дозы генов между полами. Однако этого не происходит, так как у самок происходит инактивация одной из Х-хромосом.

Считается, что ведущую роль в определении пола у млекопитающих играет Y-хромосома. Однако более детальные исследования показали, что определение пола обеспечивается работой сложного каскада генов: 1) первичный генетический сигнал, разный у самцов и самок, 2) ключевой ген, реагирующий на первичный сигнал и 3) ген – двойной переключатель, от которого зависит выбор между двумя альтернативными путями дифференциации пола.

Недифференцированные прогонады могут развиваться в любом из двух направлений, и выбор пути зависит от генетического определения пола. Сначала в прогонадах экспрессируются гены WT1 и Nr5A1, а затем, в случае самцов, ген Sry. Последний является ответственным за развитие семенников. Ген Sry имеет консервативный HMG-домен. Им кодируется белок, который, особым образом связываясь с ДНК, изгибает ее, что важно для регуляции транскрипции. Вместе с продуктом гена Nr5A1 и под воздействием ряда других факторов белок, кодируемый Sry, вызывает экспрессию гена Sox9, который находится в аутосоме. Благодаря механизму обратной связи активность Sox9 может поддерживаться даже при выключении гена Sry. И именно от продукта гена Sox9 зависит превращение бипотенциальных клеток в клетки Сертоли, количество которых принципиально важно для развития гонад. Если число клеток Сертоли в развивающихся гонадах превышает некоторый предел, то гонады в дальнейшем становятся семенниками, а если нет – формируются яичники.

Иными словами, у млекопитающих «по умолчанию» развиваются женские гонады, а для развития семенников требуется целый комплекс процессов, который начинается с экспрессии гена Sry – пускового фактора для развития семенников.

В ходе эволюции контроль детерминации пола менялся. У некоторых рептилий и птиц пол определяется геном Dmrt1, у однопроходных и сумчатых млекопитающих – геном Arty, у плацентарных млекопитающих – геном Sry. Sry можно рассматривать как ген, изначально располагавшийся в Y-хромосоме. Появившийся вследствие ее деградации, он продолжает быстро эволюционировать (быстрее, чем остальные гены этой хромосомы). А может ли он исчезнуть? Оказалось, что этого-то гена и нет у двух видов слепушонок – горной (набор половых хромосом у обоих полов ХО) и восточной (набор половых хромосом у обоих полов ХХ). Нет гена Sry и у двух видов колючих мышей рода Tokudaia (нечетный набор половых хромосом ХО), которые живут на островах японского архипелага Рюкю. У одного из видов этих мышей набор состоит из 25 хромосом, а у другого вида – из 45 хромосом. У самцов и самок нет гена Sry, зато есть два других гена – Zfy и Tspy, которые у большинства других видов млекопитающих находятся в Y-хромосоме. Этот факт свидетельствует о том, что участок Y-хромосомы у этих мышей переместился на Х-хромосому или в аутосомы. А вот у восточной и горной слепушонок следов Y-хромосомы в геноме не осталось вообще. И как они без них обходятся – пока неизвестно.

По материалам:

Известия Академии наук. Серия биологическая. 2009. № 2. С. 209–217.
Природа. 2007. № 10. С. 29–37
Павлинов И.Я. Систематика современных млекопитающих. – М.: Зоологический музей МГУ.