Y-хромосома была расшифрована и представляет новые загадки

МСпустя более чем 20 лет после публикации первой грубой версии человеческого генома мужская Y-хромосома также была полностью картирована. На данный момент в нынешнем эталонном геноме, который служит глобальным стандартом, отсутствовало более половины из 62,46 миллиона пар оснований — и, как выяснилось, 41 тоже. Ген. Теперь в геноме человека больше нет «слепых пятен». Успех достигнут благодаря Консорциуму «Теломер-теломеры (T2T)», возглавляемому Адамом Филлиппи из «Национального института исследований генома человека». Они были опубликованы Результаты несколько дней назад в «Природе».

Тот факт, что декодирование было настолько трудным, связан со сложным состоянием Y-хромосомы. Хотя это самая маленькая хромосома и содержит наименьшее количество генов, она полна повторяющихся последовательностей и зеркально отображенных участков ДНК, которые могут соединяться вместе, образуя петли, так называемые палиндромы. Более 30 миллионов новых декодированных пар оснований, по сути, образуют такие повторы и палиндромы.

Многие последовательности повторяются снова и снова

Почему эти последовательности были проблемой? Долгое время можно было прочитать только короткие фрагменты ДНК, состоящие из нескольких сотен пар оснований. Полученную информацию о последовательности затем нужно было расположить в правильном порядке в хромосомной нити с помощью алгоритмов. Чем ближе последовательности ДНК совпадают и чем меньше они перекрываются, тем сложнее становится эта задача. Это практически невозможно, если половина хромосомы состоит из почти одинаковых повторов. Как же тогда решить, какие последовательности где принадлежат?

Две технические разработки теперь сделали возможным успешное картирование Y-хромосомы: так называемое секвенирование нанопор, с помощью которого за один раз можно прочитать до двух миллионов пар оснований. Также помогли новые и более совершенные алгоритмы назначения последовательностей.

Картирование, представленное Консорциумом T2T, восходит к одной Y-хромосоме. В одной вторая публикация, вышедшая одновременно в «Природе». Консорциум под руководством Чарльза Ли из «Лаборатории геномной медицины Джексона» в Фармингтоне, США, представил последовательности 43 Y-хромосом, хотя не все из них были секвенированы полностью. Этот ДНК поступает от доноров, принимавших участие в проекте «1000 геномов». Доноры принадлежат к 21 разной популяции и, следовательно, представляют собой широкое генетическое разнообразие.

Данные доноров и данные полного картирования, проведенного Консорциумом T2T, раскрывают уникальную структуру и разнообразие Y-хромосомы человека. Они показывают, насколько упорядочены многочисленные повторения и насколько различна каждая отдельная Y-хромосома. Существует значительная вариабельность между количеством копий отдельных генов и их расположением. Например, у одного мужчины есть 23 копии гена TSPY, который участвует в выработке спермы, а у другого — 39 копий. Существуют также существенные различия между людьми, когда речь идет о массовых повторениях и палиндромах. Размер этих блоков варьировался от 17,6 до 37,2 миллионов пар оснований.

Крайняя разница в размерах

Это означает, что общий размер Y-хромосом также значительно различался. Что еще удивительно, так это то, что повторы и палиндромы расположены очень заметно и образуют настоящий лоскутный узор. В настоящее время невозможно сказать, влияют ли эти вариации в конечном итоге на фертильность или здоровье людей с Y-хромосомой, но полное картирование позволяет ответить на такие вопросы. Ли и его команда считают, что 30 миллионов повторов в Y-хромосоме выполняют важную функцию.

Филлиппи и его команда сделали еще одно важное открытие для бактериальных генетиков: поэтому около 5000 зарегистрированных бактериальных геномов неверны. Они содержат короткие последовательности из ранее неизвестных частей Y-хромосомы, которые, вероятно, были вызваны примесями, от которых еще не удалось избавиться. Эти бактериальные геномы теперь необходимо очистить.