在许多物种中，都是由X和y染色体来决定个体是否发育为雄性或雌性。例如，在人类中，遗传父亲的Y染色体的个体成为男性(XY)，而遗传父亲的X染色体的个体则成为女性。(XX)。

这个性别决定系统已经经过多次独立进化，及其演变的一个显着特点是Y染色体在退化， 随着时间的推移，Y染色体失去许多基因。然而，不清楚的是，Y染色体在早期的进化阶段中到底发生了什么，或者退化发生的大概时间。

现在，多伦多大学(U of T)的研究人员通过调查植物的过程，已经找到一种方法来阐明退化的早期阶段。

Y染色体

“人类的Y染色体在经历了大概200亿年的进化史后，失去了大量的基因，现在只保留约3%的其祖先的基因。然而，我们对早期阶段的过程知之甚少，因为它发生在很久很久以前，”多伦多大学生态学与进化生物学系(EEB)的斯宾塞巴雷特教授说。“包括人类和其他动物物种的Y染色体研究发现，退化始于数亿年前。但植物并不是这样。”

“具有独立性别的植物出现是一个相对较新的进化创新，这使它们非常适合这项研究，” 巴雷特说。“世界上大约只有百分之六的开花植物具有雄性和雌性之分，其余都是雌雄同体。”

科学家使用一种植物，它们大约15万年前左右首先进化出由X和Y染色体控制的独立性别系统，相对于那些动物，它们显得年轻一些。

“我们测试Rumex hastatulus的Y染色体退化，Rumex hastatulus是来自美国南部的一年生植物，俗称heartwing sorrel。我们发现，位于Y染色体的基因已经开始经历遗传性的退化，尽管它们的起源日期相对较新。”这项研究的主要作者、多伦多大学生态学和进化生物学的博士生乔希霍夫说。“重要的是，我们的研究结果表明，这种退化的程度取决于位于性染色体的基因停止相互重组的时间。”

性染色体进化的理论认为Y染色体退化的发生是由于X和Y染色体在繁殖过程中没有重组它们的基因造成的。基因重组是一个关键的遗传过程，染色体进行配对，以及相互交换彼此的DNA序列，这个过程发生在所有其他染色体之间的基因组中，包括X染色体，进行雌性基因重组。然而，这种基因混合在X和Y染色体之间禁止发生，这可能是因为它们包含的基因分别影响“雌性特征”和“雄性特征”生成，如果这些基因进行重组，有可能生成单一的染色体，从而导致不育问题。

“禁止X和Y之间进行基因重组，这是有道理的，因为这可以阻止决定女性特有的特征基因在Y染色体上出现，” 霍夫说。“但是，如果没有基因重组，自然选择就会变得不那么有效，以及有害的突变不能从Y染色体中删除。因此，Y染色体上的基因最终变得功能受损或完全丧失。”

研究人员选择多个雄性和雌性植物，然后通过测序其亲代和后代的DNA去追踪基因的遗传起源。由于他们隔离其他染色体的基因，这使得他们能够找出哪些基因位于性染色体上。该基因序列的计算机辅助分析使科学家稍后能够对基因丢失，基因功能的丧失，突变的积累和性染色体上的其他有害的变化进行测试。

相对于动物，植物最近发生X和Y染色体之间的重组抑制比较多，所以科学家们能够获得窥见Y染色体退化的早期阶段发生了什么的唯一机会。

“除了比动物的年轻，Rumex hastatulus的性染色体也显得特别有趣，因为一个新的性染色体系统出现，其中一些雄性出现第二条，甚至更年轻的Y染色体。” 霍夫说。“使我们能够通过比较这两个Y 染色体，评估基因退化的具体时间。”

“位于第二条Y染色体的基因是非常新的定居者，出现在单个物种内，”这项研究的另一个研究人员、EEB斯蒂芬·怀特教授说。“这为我们了解Y染色体进化的年表提供了一个关键的时间点。值得注意的是，即使这些基因已出现退化的早期迹象。”

原文：

Genetic degeneration of old and young Y chromosomes in the flowering plant Rumex hastatulus