Половые хромосомы: численные и структурные аномалии. Половые хромосомы Лишняя половая хромосома у мужчин

1. Какие хромосомы называются половыми?

Ответ. Половые хромосомы - это пара хромосом, которые различаются у мужских и женских особей одного биологического вида. У одного из полов это, как правило, две одинаковые крупные хромосомы (Х-хромосомы, генотип XX); у другого - одна Х-хромосома и одна меньшая по размеру Y-хромосома (генотип XY). У некоторых видов мужской пол формируется при отсутствии одной половой хромосомы (генотип Х0).

2. Какие организмы называются гермафродитами?

Ответ. Гермафродит – организм, у которого имеются мужские и женские гонады, образующие половые клетки у одной особи. Такой гермафродитизм встречается у плоских и кольчатых червей. Это –истинный гермафродитизм. Разновидностью его может быть гермафродитизм моллюсков, половая железа которых, в зависимости от возраста и условий существования, периодически продуцирует то мужские, то женские гаметы. В случае ложного гермафродитизма у одной особи развиваются наружные половые органы и вторичные признаки обоих полов, а гонады – одного пола (мужские или женские).

3. Какие болезни называются наследственными?

Ответ. Наследственные болезни - это болезни, обусловленные изменением генотипа (т.е. мутациями). Они не всегда передаются от родителей к детям. Многие наследственные заболевания не могут наследоваться (передаваться из поколения в поколение), так как они снижают жизнеспособность больного или вызывают бесплодие. Могут возникать у детей здоровых родителей в результате новой мутации. Например, у здоровых, как правило, родителей рождается ребенок с синдромом Дауна. С другой стороны, некоторые эндемичные заболевания наблюдаются у родителей и детей. Создается впечатление наследования, но заболевания не являются наследственными (например, эндемичный зоб).

Вопросы после §45

1. Какие типы хромосом вам известны?

Ответ. Хромосомы подразделяют на половые и неполовые (аутосомы). Половые хромосомы - это пара хромосом, которые различаются у мужских и женских особей одного биологического вида. У одного из полов это, как правило, две одинковые крупные хромосомы (Х-хромосомы, генотип XX); у другого - одна Х-хромосома и одна меньшая по размеру Y-хромосома (генотип XY). У некоторых видов мужской пол формируется при отсутствии одной половой хромосомы (генотип Х0). Аутосомы - это пары хромосом, которые идентичны у особей одного биологического вида, относящихся к разным полам. Число пар аутосом равно числу пар хромосом в генотипе минус единица (одна пара половых хромосом). Так, у человека 22 пары аутосом, у дрозофилы - 3 пары. Всем аутосомам каждого биологического вида даны порядковые номера в соответствии с их размером (первая - самая большая; последняя - самая короткая и, сле­довательно, несущая меньше всего генов)

2. Что такое гомогаметный и гетерогаметный пол?

Ответ. Гомогаметным называют пол, который формирует гаметы одного типа по половым хромосомам (генотип XX). Гетерогаметный пол в процессе гаметогенеза образует гаметы двух типов по половым хромосомам (генотип XY либо Х0). У человека гомогаметен женский пол, гетерогаметен мужской (генотип XY)

3. Как наследуется пол у млекопитающих?

Ответ. У мужских и женских организмов все пары хромосом, кроме одной, одинаковы и называются аутосомами, а одна пара хромосом, называемых половыми, – у самцов и самок различается. У самцов и самок половые хромосомы различаются: у самок – по две Х-хромосомы, а у самцов X и Y. Пол будущей особи определяется во время оплодотворения. Если сперматозоид содержит Х-хромосому, то из оплодотворённой яйцеклетки разовьётся самка (XX), а если в сперматозоиде содержалась половая Y-хромосома – то самец (XY).

4. Какие другие варианты хромосомного и нехромосомного определения пола у живых организмов вам известны? Приведите конкретные примеры.

Ответ. У птиц и рептилий – гомогаметны самцы (XX), а самки – гетерогаметны (XY). У некоторых насекомых у самцов в хромосомном наборе лишь одна половая хромосома (Х0), а самки – гомогаметны (XX).

У пчёл и муравьёв половых хромосом нет, и самки имеют в клетках тела диплоидный набор хромосом, а самцы, развивающиеся партеногенетически (из неоплодотворённых яйцеклеток), – гаплоидный набор хромосом. Естественно, что в этом случае развитие сперматозоидов у самцов идёт без мейоза, так как уменьшить число хромосом менее гаплоидного набора невозможно.

У крокодилов половые хромосомы не обнаружены. Пол зародыша, развивающегося в яйце, зависит от температуры окружающей среды: при высоких температурах развивается больше самок, а в том случае, если прохладно, – больше самцов.

5. Мужской или женский пол у человека является гетерогаметный?

Ответ. У человека гетерогаметный мужской организм (XY).

6. Имеются ли различия по числу хромосом между маткой и рабочими особями медоносной пчелы?

Ответ. Каждая клетка медоносной пчелы (матки и рабочие особи) имеется в ядрах клеток по 32 хромосомы.

Однако у медоносных пчел имеются существенные отличия от общепринятого механизма передачи наследственности родителей своим потомкам и определение пола особей. Если у всех сельскохозяйственных животных пол особи определяется определенными половыми хромосомами, то у медоносных пчел пол особи определяется по-другому: при оплодотворении яиц из них образуются самки (матки и рабочие пчелы), а из неоплодотворенной яйцеклетки матки развиваются самцы (трутни).

Таким образом, женские особи семьи являются диплоидными организмами (имеют 32 хромосомы), а мужские особи (трутни) - гаплоидными (имеют в своих клетках по 16 хромосом).

Половые хромосомы, в отличие от аутосом, обозначаются не порядковыми номерами, а буквами X, Y, W или Z, причём отсутствие хромосомы обозначается цифрой 0. При этом один из полов определяется наличием пары одинаковых половых хромосом (гомогаметный пол, XX или WW), а другой - комбинацией двух непарных хромосом или наличием только одной половой хромосомы (гетерогаметный пол, XY, WZ или X0). У человека, как и у большинства млекопитающих, гомогаметный пол - женский (XX), гетерогаметный пол - мужской (XY). У птиц, напротив, гетерогаметный пол - женский (WZ), а гомогаметный - мужской (WW). У амфибий и рептилий имеются виды (например, все виды змей) с гомогаметными самцами и гетерогаметными самками, а некоторые черепахи (крестогрудая черепаха Staurotypus salvinii и черная пресноводная черепаха Siebenrockiella crassicollis), наоборот, имеют гетерогаметных самцов и гомогаметных самок. В некоторых случаях (у утконоса) пол определяется не одной, а пятью парами половых хромосом

Рисунок 13. Карта Х-хромосомы человека

На стрекозах показано, что форма XY эволюционно более поздняя, чем ХО. Другая точка зрения - половые хромосомы произошли от обычной пары аутосом, несущей гены, определяющие пол. Поэтому у одних видов (более примитивных) Y-хромосома такая же по размерам, как и Х-хромосома, конъюгирует с ней полностью или частично, участвует в кроссинговере. А у других видов - она маленькая, с Х-хромосомой соединяется конец в конец, без кроссинговера. В процессе эволюции Y- хромосома почему-то теряет активные гены, деградирует и исчезает, потому форма XY предшествует ХО.

Рисунок 14. Половые хромосомы (Х и Y)

Y-хромосома - самая вариабельная хромосома генома. У человека она генетически почти пустая (ген волосатости ушей и перепонок между пальцами ног). У других видов может содержать много активных генов - у гуппи - около 30 Y-генов окраски самцов (и только 1 аутосомный ген).

Y-хромосома Drosophila. Содержит 9 генов: 6 определяют фертильность самцов, 3 bobbed кластер генов рРНК. Активность bb генов приводит к формированию ядрышка. Ядрышкообразующий bb ген есть и в Х-хромосоме - сайт спаривания Х и Y хромосом - сайт collohaes. Ответственными за конъюгацию являются короткие последовательности нуклеотидов (240 п.н.), расположенные между генами рРНК в Х и Y - хромосомах. Удаление bb локуса - нет конъюгации половых хромосом. Ещё один ген - crystal - влияет на поведение хромосом в мейозе. Его делеция - нарушается расщепление хромосом в мейозе.

У дрозофилы 6 факторов фертильности самцов. Из них 3 очень большие - занимают по 10% Y- хромосомы каждый, т.е. по 4000 т.п.н.

В составе ДНК Y-хромосомы 2 типа последовательностей:

Y - специфичные - семейства из 200-2000 копий, организованы в кластеры тандемно повторенных единиц длиной 200-400 п.н. Расположены, вероятно, в петлях.

Y-ассоциированные (встречаются в других хромосомах).

Y-хромосома человека

Y-хромосома является наименьшей по размеру из 24 хромосом у человека и содержит около 2-3% ДНК гаплоидного генома, составляя приблизительно 51 Mb. Из всего объема ДНК Y-хромосомы на данный момент секвенировано 21.8 Mb. Короткое плечо Y-хромосомы (Yp) содержит примерно 11 Mb, а длинное плечо (Yq) - 40 Mb ДНК, из которых около 7 Mb приходятся на эухроматиновую часть Yq и около 3 Mb ДНК на центромерную область хромосомы. Большая часть (~60%) длинного плеча Y-хромосомы представляет собой функционально неактивный гетерохроматин, имеющий размер около 24 Mb. В Y-хромосоме выделяют несколько областей: псевдоаутосомные области (PARs); - эухроматиновую область короткого плеча (Yp11); - эухроматиновую область проксимальной части длинного плеча (Yq11); - гетерохроматиновую область дистальной части длинного плеча (Yq12); - область прицентромерного гетерохроматина.

Y-хромосома содержит около 100 функциональных генов. Из-за наличия на Х и Y-хромосомах (на теломерах) гомологичных PAR-регионов, половые хромосомы регулярно конъюгируют и рекомбинируют участками этих регионов в зиготене и пахитене профазы I мейоза. Однако большая часть (~95%) Y-хромосомы не принимает участия в рекомбинации, и поэтому называется нерекомбинирующей областью Y-хромосомы (NRY - Non Recombinant Region Y chromosome).

Гетерохроматиновая область длинного плеча Y-хромосомы является генетически инертной и содержит различные типы повторов, в том числе высокоповторяющиеся последовательности двух семейств DYZ1 и DYZ2, каждый из которых представлен приблизительно 5000 и 2000 копиями соответственно.

На основе сравнительного анализа генов гоносом X и Y в Y-хромосоме выделяют три группы генов:

1. PAR-гены (PAR - Pseudoautosomal Region; гены псевдоаутосомных областей PAR1 и PAR2), локализованные в теломерных областях Y-хромосомы;

2. X-Y гомологичные гены, локализованные в нерекомбинирующих областях Yp и Yq;

3. 3. Y-специфичные гены, расположенные в нерекомбинирующих областях Yp и Yq.

Рисунок 15. Y-хромосома

Первая группа представлена генами псевдоаутосомных областей (регионов). Они являются идентичными для X- и Y-хромосом и наследуются как аутосомные гены. PAR1-регион расположен на конце короткого плеча Y-хромосомы, он больше по размеру, чем PAR2-регион, локализованный на конце длинного плеча Y-хромосомы, и его размер приблизительно оценивается в 2,6 Mb. Так как делеции PAR1 приводят к нарушениям конъюгации гоносом во время мейоза у мужчин и могут привести к мужскому бесплодию, предполагается, что PAR-регионы имеют существенное значение для нормального протекания сперматогенеза у мужчин.

Вторая группа генов содержит X-Y-гомологичные, но не идентичные гены, которые локализованы в нерекомбинирующих районах Y-хромосомы (на Yp и Yq). В нее включены 10 генов, представленных на Y-хромосоме одной копией, большинство из них экспрессируются у человека во многих тканях и органах, включая яички и предстательную железу. До сих пор неизвестно, являются ли эти X-Y-гомологичные гены функционально взаимозаменяемыми.

Третью группу генов составляют 11 генов, которые расположены в нерекомбинирующем районе Y-гоносомы (NRY). Все эти гены, за исключением гена SRY (Sex-Determining Region Y Chromosome, пол-детерминирующий регион Y-хромосомы), представленного одной копией, являются мультикопийными, и их копии расположены на обоих плечах Y-хромосомы. Некоторые из них являются генами-кандидатами на AZF-фактор (Azoospermia factor, или фактор азооспермии).

О точных функциях большинства этих генов известно мало. Продукты, кодируемые генами нерекомбинирующего региона Y-хромосомы, выполняют различные функции, например, среди них имеются факторы транскрипции, цитокиновые рецепторы, протеинкиназы и фосфатазы, которые могут влиять на клеточную пролиферацию и/или передачу сигналов в клетке.

На длинном плече Y-хромосомы расположен AZF (Azoospermia Factor) локус - содержит гены, контролирующие процесс дифференцировки половых клеток, т.е. сперматогенез. В данном локусе выделяют 3 региона - a (800 т.п.н.), b (3,2 млн пн), c (3,5 млн. пн). Микроделеции участков данного локуса являются одной из основных генетических причин мужского бесплодия. Микроделеции длинного плеча Y-хромосомы обнаруживаются у 11% мужчин с азооспермией и у 8% мужчин с олигозооспермией тяжелой степени. При делеции всего с-региона AZF локуса возможно возникновение блока в митозе и мейозе при сперматогенезе; на гистологических препаратах у таких больных в большинстве семенных канальцев отсутствуют половые клетки.

Для Y-хромосомы характерны специфические черты, резко отличающие ее от других хромосом человека: 1) обедненность генами;

2) обогащенность повторяющимися блоками нуклеотидов. Присутствие значительных гетерохроматиновых районов;

3) наличие области гомологии с Х-хромосомой - псевдоаутосомальной области (PAR) (Черных, Курило, 2001).

Y-хромосома, как правило, не велика - 2-3% гаплоидного генома. Тем не менее, кодирующей способности ее ДНК у Homo sapiens достаточно по крайней мере для нескольких тысяч генов. Однако у этого объекта в Y-хромосоме выявляется всего около 40 обогащенных ГЦ-парами так называемых ЦрГ-островков, обычно фланкирующих большинство генов. Реальный же список генетических функций, связанных с этой хромосомой, вдвое меньше. Фенотипическое влияние этой хромосомы у мышей ограничено весом тестисов, уровнем тестостерона, серологического HY-антигена, чувствительностью органов к андрогенам и сексуальным поведением. Большая часть генов этой хромосомы имеет X-хромосомные аналоги. Большинство Y-хромосомных последовательностей гомологичны ДНК Х-хромосомы или аутосом и лишь часть из них строго уникальна.

Наличие псевдоаутосомальных областей, обеспечивающих мейотическое спаривание и рекомбинацию, обычно рассматривается как необходимое условие фертильности. Интересно, что размер участка мейотического спаривания существенно длиннее PAR. У человека имеются два псевдоаутосомальных района на вершине короткого и длинного плеч Х-хромосомы. Однако, только для первого из них установлены облигатный обмен в мейозе, наличие хиазм, влияние на фертильность.

Высказано предположение о происхождении половых хромосом млекопитающих от предковой аутосомы в результате независимых циклов: добавление - рекомбинация - деградация. PAR, по такой терминологии, представляет собой лишь как бы реликт такого последнего добавления. Далее происходят деградация и потеря соответствующих Y-хромосомных частей и инактивация Х-хромосомы. Все гены, представленные в Y-хромосоме, или имеют реальную селективную ценность (например, SRY), или находятся на пути исчезновения. Каждый Y-хромосомный ген, быстро дивергирующий, амплифицирующийся или склонный к исчезновению, имеет своего гомолога в Х-хромосоме, более консервативного и активного у обоих полов. Так, Sox3, предполагаемый X-хромосомный гомолог SRY, кодирует почти идентичные продукты у человека, мыши и сумчатых, экспрессируется в нервной системе обоих полов. SRY быстро дивергирует и активен только в гонадном бугорке. Этот Y-хромосомный ген подвергается амплификации у многих мышей и крыс.

Таким образом, Y-хромосома, единственная в геноме млекопитающих, не работает непосредственно на реализацию фенотипа. Ее генетическая значимость связана с преемственностью между поколениями, в частности с контролем гаметогенеза, первичной детерминацией пола. Жесткий отбор действует только на немногие ее гены, остальная ДНК более пластична.

Предмет генетических исследований - явления наследственности и изменчивости. Американский ученый Т-Х. Морган создал хромосомную теорию наследственности, доказывающую, что каждый биологический вид можно характеризировать определенным кариотипом, который содержит такие виды хромосом, как соматические и половые. Последние представлены отдельной парой, различающейся по мужской и женской особи. В данной статье мы изучим, какое строение имеют женские и мужские хромосомы и чем они отличаются между собой.

Что такое кариотип?

Каждая клетка, содержащая ядро, характеризуется определенным количеством хромосом. Оно получило название кариотипа. У различных биологических видов наличие структурных единиц наследственности строго специфично, например, кариотип человека составляет 46 хромосом, у шимпанзе - 48, речного рака - 112. Их строение, величина, форма отличаются у особей, относящихся к различным систематическим таксонам.

Число хромосом в клетке тела называется диплоидным набором. Он характерен для соматических органов и тканей. Если в результате мутаций кариотип изменяется (например, у больных синдромом Клайнфельтера количество хромосом 47, 48), то такие особи имеют сниженную фертильность и в большинстве случаев бесплодны. Другое наследственное заболевание, связанное с половыми хромосомами, - синдром Тернера-Шерешевского. Он встречается у женщин, имеющих в кариотипе не 46, а 45 хромосом. Это значит, что в половой паре присутствуют не две х-хромосомы, а только одна. Фенотипически это проявляется в недоразвитии половых желез, слабо выраженных вторичных половых признаках и бесплодии.

Соматические и половые хромосомы

Они отличаются как формой, так и набором генов, входящих в их состав. Мужские хромосомы человека и млекопитающих входят в гетерогаметную половую пару ХУ, обеспечивающую развитие как первичных, так и вторичных мужских половых признаков.

У самцов птиц половая пара содержит две одинаковые ZZ мужские хромосомы и называется гомогаметной. В отличие от хромосом, детерминирующих пол организма, в кариотипе находятся наследственные структуры, идентичные как у мужского, так и у женского пола. Они носят название аутосом. В кариотипе человека их 22 пары. Половые мужские и женские хромосомы образуют 23 пару, поэтому кариотип мужчины можно представить в виде общей формулы: 22 пары аутосом + ХУ, а женщины - 22 пары аутосом + ХХ.

Мейоз

Образование половых клеток - гамет, при слиянии которых формируется зигота, происходит в половых железах: семенниках и яичниках. В их тканях осуществляется мейоз - процесс деления клеток, приводящий к образованию гамет, содержащих гаплоидный набор хромосом.

Овогенез в яичниках приводит к созреванию яйцеклеток только одного вида: 22 аутосомы + Х, а сперматогенез обеспечивает созревание гомет двух видов: 22 аутосомы + Х или 22 аутосомы + У. У человека же пол будущего ребенка определяется в момент слияния ядер яйцеклетки и сперматозоида и зависит от кариотипа сперматозоида.

Хромосомный механизм и определение пола

Мы уже рассмотрели, в какой момент происходит определение пола у человека - в момент оплодотворения, и оно зависит от хромосомного набора сперматозоида. У других животных представители разного пола отличаются количеством хромосом. Например, у морских червей, насекомых, кузнечиков в диплоидном наборе самцов присутствует лишь одна хромосома из половой пары, а у самок - обе. Так, гаплоидный набор хромосом самца морского червя ацирокантуса можно выразить формулами: 5 хромосом + 0 или 5 хромосом + х, а самки имеют в яйцеклетках только один набор 5 хромосом + х.

Что влияет на половой диморфизм?

Кроме хромосомного есть еще и другие способы определения пола. У некоторых беспозвоночных - коловраток, - пол определяется еще до момента слияния гамет - оплодотворения, в результате которого мужские и женские хромосомы образуют гомологичные пары. Самки морской полихеты - динофилюса в процессе овогенеза образуют яйцеклетки двух видов. Первые - мелкие, обедненные желтком, - из них развиваются самцы. Другие - крупные, с огромным запасом питательных веществ - служат для развития самок. У медоносных пчел - насекомых ряда Перепончатокрылых - самки продуцируют два вида яйцеклеток: диплоидные и гаплоидные. Из неоплодотворенных яиц развиваются самцы - трутни, а из оплодотворенных - самки, являющиеся рабочими пчелами.

Гормоны и их воздействие на формирование пола

У человека мужские железы - семенники - продуцируют половые гормоны ряда тестостерона. Они влияют как на развитие (анатомическое строение наружных и внутренних половых органов), так и на особенности физиологии. Под воздействием тестостерона формируются вторичные половые признаки - строение скелета, особенности фигуры, оволосение тела, тембр голоса, В организме женщины яичники вырабатывают не только половые клетки, но и гормоны, являясь Половые гормоны, такие как эстрадиол, прогестерон, эстроген, способствуют развитию наружных и внутренних половых органов, оволосению тела по женскому типу, регулируют менструальный цикл и протекание беременности.

У некоторых позвоночных животных, рыб, и земноводных биологически активные вещества, продуцируемые гонадами, сильно влияют на развитие первичных и вторичных половых признаков, а виды хромосом при этом не оказывают настолько большого воздействия на формирование пола. Например, личинки морских полихет - бонеллии - под влиянием женских половых гормонов прекращают свой рост (размеры 1-3 мм) и становятся карликовыми самцами. Они обитают в половых путях самок, которые имеют длину тела до 1 метра. У рыб-чистильщиков самцы содержат гаремы из нескольких самок. Женские особи, кроме яичников, имеют зачатки семенников. Как только самец гибнет, одна из гаремных самок берет на себя его функцию (в её теле начинают активно развиваться мужские гонады, вырабатывающие половые гормоны).

Регуляция пола

В она осуществляется двумя правилами: первое определяет зависимость развития зачаточных половых желез от секреции тестостерона и гормона MIS. Второе правило указывает на исключительную роль, которую играет У-хромосома. Мужской пол и все соответствующие ему анатомические и физиологические признаки развиваются под воздействием генов, находящихся в У-хромосоме. Взаимосвязь и зависимость обоих правил в генетике человека называется принципом роста: у эмбриона, являющегося бисексуальным (то есть имеющим зачатки женских желез - мюллерова протока и мужских гонад - вольфова канала) дифференцировка эмбриональной половой железы зависит от наличия или отсутствия в кариотипе У-хромосомы.

Генетическая информация в У-хромосоме

Исследованиями ученых-генетиков, в частности Т-Х. Моргана, было установлено, что у человека и млекопитающих генный состав Х- и У-хромосом неодинаков. Мужские хромосомы у человека не имеют некоторых аллелей, присутствующих в Х-хромосоме. Однако в их генофонде представлен ген SRY, контролирующий сперматогенез, приводящий к формированию мужского пола. Наследственные нарушения этого гена в эмбрионе приводит к развитию генетического заболевания - синдрома Суайра. В результате женская особь, развивающаяся из такого эмбриона, содержит в кариотипе ХУ половую пару или только участок У-хромосомы, содержащий генный локус. Он активизирует развитие гонад. У больных женщин не дифференцируются вторичные половые признаки, и они бесплодны.

У-хромосома и наследственные заболевания

Как отмечалось ранее, мужская хромосома отличается от Х-хромосомы как размерами (она меньше), так и формой (имеет вид крючка). Также для нее специфичен и набор генов. Так, мутация одного из генов У-хромосомы фенотипически проявляется появлением пучка жестких волос на мочке уха. Этот признак характерен только для мужчин. Известно такое наследственное заболевание, вызванное как синдром Клайнфельтера. Больной мужчина имеет в кариотипе лишние женские или мужские хромосомы: ХХУ или ХХУУ.

Основными диагностическими признаками является патологический рост молочных желез, остеопороз, бесплодие. Заболевание достаточно распространено: на каждых 500 новорожденных мальчиков приходится 1 больной.

Подводя итог, отметим, что у человека, как и у других млекопитающих, пол будущего организма определяется в момент оплодотворения, вследствие определенной комбинации в зиготе половых Х- и У-хромосом.

В клетках организмов содержится двойной набор гомологичных хромосом , которые называют аутосомами, и две половые хромосомы. В клетках женщин и самок многих животных содержится две гомологичные половые хромосомы, которые принято обозначать ХХ. В клетках мужчин и самцов многих животных половые хромосомы не являются парными – одна из них обозначается Х, другая У, таким образом, хромосомный набор у мужчин и женщин отличается одной хромосомой. У женщин в каждой клетке тела (кроме половых) 44 аутосомы и две половые хромосомы ХХ, а у мужчины – те же 44 аутосомы и две половые хромосомы Х и У. Во время формирования половых клеток происходит мейоз и число хромосом в сперматозоидах и яйцеклетках уменьшается в два раза. У женщин все яйцеклетки имеют одинаковый набор хромосом: 22 аутосомы и Х. У мужчин образуется два вида сперматозоидов, в соотношении один к одному – 22 аутосомы и Х, или 22 аутосомы и У. Если при оплодотворении яйцеклетка встретится со сперматозоидом, содержащим Х хромосому, то появится зародыш женского пола, а если со сперматозоидом, содержащим У хромосому, то образуется зародыш мужского пола. Определение пола у человека и других млекопитающих, дрозофил зависит от отсутствия или наличия У хромосомы в сперматозоиде, оплодотворяющем яйцеклетку. У , пресмыкающихся, птиц гомогаметен мужской пол, а у всех других организмов женский пол. Так кариотип петуха обозначается как XX, а кариотип курицы XY.

Распределение этих генов в потомстве должно соответствовать распределению половых хромосом в мейозе и их сочетанию при слиянии половых клеток в процессе оплодотворения.

Половые хромосомы Х и У содержат большое количество генов, определяющих наследование целого ряда признаков. Наследование этих признаков называют наследованием, сцепленным с полом, а локализацию генов в половых хромосомах называют сцеплением генов с полом. Например, Х хромосома человека содержит доминантный ген А, определяющий свертывание крови. У человека, являющимся рецессивной гомозиготой по этому признаку, развивается тяжелое заболевание гемофилия, при котором кровь не сворачивается, и человек может погибнуть от малейшего повреждения сосудов.

Так как в клетках женщин две Х хромосомы, то наличие в одной из них гена а, не влечет за собой заболевание, так как во второй из них присутствует доминантный ген А. А в клетках мужчин есть только одна Х хромосома. Если в ней присутствует ген а, то у мужчины разовьется гемофилия, так как У хромосома не гемологична Х хромосоме и в ней не может быть гена А или а.

Схематично это выглядит

Р ХАХа (носительница гемофилии) * ХАУ (здоровый мужчина)

ХА; Ха ХА; У

F1 ХА ХА – здоровая девочка; ХАУ – здоровый мальчик; ХАХа – девочка-носитель; ХаУ – мальчик гемофилик

Аналогичным образом наследуется дальтонизм, врожденное отсутствие умения различать цвета, чаще всего зеленый и красный.

Проблема происхождения половых различий, механизмов определения пола и поддержания определенного соотношения полов в группах животных очень важна и для теоретической биологии, и для практики. Возможность пола животных была бы исключительно полезна для сельского хозяйства. Пол у животных чаще всего определяется в момент оплодотворения. Важнейшая роль при этом принадлежит хромосомному набору зиготы.

У позвоночных животных очень часто ключевую роль в определении пола играют половые хромосомы. Если у низших позвоночных в определении пола также нередко участвуют факторы окружающей среды, то у птиц и млекопитающих определение пола строго хромосомное. Как правило, в кариотипе есть две половые хромосомы: X и Y у млекопитающих (самки имеют кариотип XX, самцы - XY) или Z и W у птиц (ZW у самок и ZZ у самцов). Впрочем, иногда половых хромосом в кариотипе больше двух. Абсолютным рекордсменом по этому показателю долгое время считался утконос: из 52 его хромосом в качестве половых функционируют 10. Однако недавно невзрачная южноамериканская лягушка, известная как пятипалый свистун (Leptodactylus pentadactylus ), уверенно утерла ему нос: из 22 ее хромосом более половины (а именно, 12) являются половыми! Наша статья посвящена этому любопытнейшему открытию.

У многих низших позвоночных - рыб, амфибий и рептилий - как таковых половых хромосом, морфологически отличающихся от остальных хромосом (аутосом), нет. При этом у млекопитающих и птиц обязательно есть половая хромосома , утратившая значительную часть генов - Y-хромосома в случае млекопитающих и W-хромосома в случае птиц. В тех случаях, когда половые хромосомы все-таки есть, они обычно представлены одной парой: XX♀:XY♂ или ZZ♂:ZW♀. Причины, по которым у низших позвоночных нет морфологически выделяющихся (гетероморфных) половых хромосом, не совсем ясны. Существует два предположения на этот счет. Согласно одному из них, мутации в генах, участвующих в определении пола, происходят так часто, что хромосомы просто не имеют возможности начать терять их из-за необходимости все время устранять мутации в этих чрезвычайно важных генах, возвращаясь к исходному состоянию. Вторая гипотеза предполагает, что дегенерации половых хромосом препятствуют многочисленные акты рекомбинации , в ходе которых утерянные фрагменты восстанавливаются.

Однако в биологии нет правил без исключений. Известны примеры амфибий, имеющих несколько гетероморфных половых хромосом. Например, у лягушек Strabomantis biporcatus и Pristimantis riveroi определение пола происходит по схеме X 1 X 1 X 2 X 2 ♀:X 1 X 2 Y♂. В 2016 году в Швеции была найдена популяция травяных лягушек (Rana temporaria ), у которых имеется две Х-хромосомы и две Y-хромосомы. Большинство примеров наличия нескольких половых хромосом относится к млекопитающим. Например, у утконоса имеется 10 половых хромосом, из которых 5 являются Х-хромосомами и 5 - Y-хромосомами .

Рисунок 1. Кольцевая структура, формирующаяся при мейозе у самцов пятипалого свистуна. Отчетливо видны 12 хромосом, образующих кольцо. ДНК окрашена синим , красным выделены теломеры.

О том, что такое флуоресцентная микроскопия и как она работает, можно прочитать в статье «12 методов в картинках: микроскопия » .

Рисунок 2. Кольцевые структуры в сперматоцитах двух самцов пятипалого свистуна. Хромосомы окрашены по Гимзе. Масштабная линейка 5 мкм.

Кольцевая структура в сперматоцитах пятипалого свистуна состоит из 12 хромосом, при этом полный кариотип этой лягушки включает 22 хромосомы. Таким образом, пятипалый свистун - единственный известный на данный момент вид позвоночных, в кариотипе которого половых хромосом больше, чем аутосом. Ученые предполагают, что Y-хромосома пятипалого свистуна претерпела целых семь