X1X1X2X2/X1X2Y sex chromosome systems in the Neotropical Gymnotiformes electric fish of the genus Brachyhypopomus

Several types of sex chromosome systems have been recorded among Gymnotiformes, including male and female heterogamety, simple and multiple sex chromosomes, and different mechanisms of origin and evolution. The ₁X₁X₂X₂/X₁X₂Y systems identified in three species of this order are considered homoplasic for the group. In the genus Brachyhypopomus, only B. gauderio presented this type of system. Herein we describe the karyotypes of Brachyhypopomus pinnicaudatus and B. n. sp. FLAV, which have an X₁X₁X₂X₂/X₁X₂Y sex chromosome system that evolved via fusion between an autosome and the Y chromosome. The morphology of the chromosomes and the meiotic pairing suggest that the sex chromosomes of B. gauderio and B. pinnicaudatus have a common origin, whereas in B. n. sp. FLAV the sex chromosome system evolved independently. However, we cannot discard the possibility of common origin followed by distinct processes of differentiation. The identification of two new karyotypes with an X₁X₁X₂X₂/X₁X₂Y sex chromosome system in Gymnotiformes makes it the most common among the karyotyped species of the group. Comparisons of these karyotypes and the evolutionary history of the taxa indicate independent origins for their sex chromosomes systems. The recurrent emergence of the X₁X₁X₂X₂/X₁X₂Y system may represent sex chromosomes turnover events in Gymnotiformes.

Is Human-X Chromosome Inactivation A Sex-Determining Device

The evolutionary function of X chromosome inactivation is thought to be dosage compensation. However, there is, at present, little evidence to suggest that most X chromosome-linked genes require such compensation. Another view--that X chromosome inactivation may be related to sex determination--is examined here. Consider a hypothetical DNA sequence regulating a major structural gene concerned with the determination of maleness. If this regulatory sequence occurs in both X and Y chromosomes and if its copy number in the Y chromosome is significantly greater than in the X chromosome, then the male-determining properties of the Y chromosome could be attributed to this higher copy number. On the other hand, if the Y chromosome has the same copy number of this sequence as the X chromosome, it is difficult to see how determination of two sexes would occur under such circumstances because XX and XY genomes would then be indistinguishable in this regard. Such a situation seems to occur in the human species with respect to the banded krait minor satellite, a repetitious DNA sequence associated with sex determination. This apparent difficulty may be resolved if X chromosome inactivation renders regulatory as well as structural genes nonfunctional and thereby brings about a significant reduction in the effective copy number of X chromosome-linked DNA sequences concerned with sex determination. It is suggested that X chromosome inactivation brings about, in this manner, a critical inequality between XX and XY embryos and that sex determination in humans is a consequence of this inequality. An analogous situation appears to exist in certain insects in which inactivation of a haploid set of chromosomes (and presumably, therefore, a 50% reduction in the effective copy number of most genes) is associated with maleness. If this line of reasoning is correct, it would suggest that sex determination may be the primary function of X chromosome inactivation.

Caracterização da distribuição de alelos de loci STR do cromossomo Y com elevada taxa de mutação em uma amostra populacional do Rio de Janeiro

Marcadores genéticos presentes no cromossomo Y, como os microssatélites (Y-STRs) e polimorfismos de único nucleotídeo (Y-SNPs) são utilizados na caracterização de linhagens masculinas, visto que são transmitidos às gerações seguintes sem alterações, a menos que ocorram mutações (Singh et al., 2011; Mitchell & Hammer, 1996; Butler, 2009). Por isso, esses marcadores são amplamente empregados em diversas situações, destacando-se o uso constante dos Y-STRs na genética forense por apresentarem alta capacidade de discriminar linhagens. Recentemente, foram descritos 13 marcadores com taxas de mutação substancialmente superiores àquelas verificadas para loci STR do cromossomo Y, denominados Rapidly Mutating (RM) Y-STRs (Ballantyne et al., 2010; Kayser et al., 2012). Devido às taxas de mutação elevadas, os RM-YSTRs apresentam maior eficiência na discriminação entre indivíduos proximamente relacionados, pertencentes à mesma linhagem patrilínea. O presente trabalho buscou aprofundar o conhecimento acerca das características populacionais e mutacionais dos loci RM-YSTRs em amostra do Rio de Janeiro, contribuindo com estudos desta natureza na população brasileira. Realizou-se a análise de 13 loci do cromossomo Y em 258 indivíduos do sexo masculino, compondo 129 pares de pais e filhos, nascidos no estado do Rio de Janeiro. O DNA das amostras foi extraído, conforme os protocolos vigentes na rotina do LDD-UERJ. As sequências genéticas de interesse foram amplificadas pela técnica de reação em cadeira da polimerase (PCR) através da realização de três PCR multiplex, cujos produtos de amplificação foram separados por eletroforese em sequenciador automático ABI-3500 (Applied Biosystems). Para os pares pai/filho que apresentaram haplótipos mutados, empregou-se a técnica de sequenciamento para confirmação das mutações. Os loci RM-YSTR geraram um poder de discriminação de 1,0 na amostra analisada, o que significa que todos os 129 indivíduos da amostra populacional apresentaram haplótipos diferentes para tais marcadores, com frequências de 0,0077 e diversidade haplotípica igual a 1. Além disso, foram obtidos valores elevados de diversidade gênica para os 13 marcadores. A análise de distância genética e os resultados de AMOVA baseados nos valores de Fst demonstraram que os RM-YSTR não indicam subdivisão populacional e traços ancestrais comuns. Tais valores estão associados às elevadas taxas de mutação encontradas, cuja média foi de 2,11 x 10-2. Foi possível observar que os loci RM-YSTR são muito discriminativos na amostra miscigenada analisada, além de terem maior capacidade de diferenciar indivíduos do que outros conjuntos de marcadores normalmente usados em estudos populacionais e análises forenses. Sendo assim, é possível concluir que os marcadores RM-YSTR são promissores para discriminar indivíduos da mesma linhagem patrilínea, visto que devido às suas elevadas taxas mutacionais e poder de discriminação, são capazes de diferenciar indivíduos de maneira mais eficiente do que os outros conjuntos de STR. Porém, é necessário maior número de estudos para melhor caracterização destes loci em diferentes populações.

African origin of modern humans in East Asia: A tale of 12,000 Y chromosomes

To test the hypotheses of modern human origin in East Asia, we sampled 12,127 male individuals from 163 populations and typed for three Y chromosome biallelic markers (YAP, M89, and M130). All the individuals carried a mutation at one of the three sites.

哺乳动物新Y 染色体的退化和果蝇新基因起源模式的研究

进化生物学得益于近代分子生物学和当代基因组学的发展，已经脱 离了自达尔文时代起博物学式的观察和思辨性的研究状态。很多古老而又 经典的问题，因为在一些年轻的进化系统中的研究，绽放出其背后深刻的 机制。在本工作中，我们通过在模式物种果蝇和珍稀动物黑麂中的研究， 揭示了有关遗传的基本单位-- 基因是如何起源和消亡的，以及这些重要过 程背后的规律。 决定人类雄性的Y 染色体起源于一亿六千万年前X 染色体的同源 染色体。但现今Y 染色体上的基因数目仅仅是X 染色体的百分之一左 右。如此巨大的数目差异，是由于Y 染色体和X 染色体之间重组抑制以 后，大量的Y 染色体基因发生退化消亡所致。 由于哺乳动物的Y 染色体 大都非常古老，Y 退化的过程和机制一直以来无法得以深入研究。 在本工 作的前半部分，我们首次在中国特有的珍稀鹿科动物黑麂中报道鉴定了一 对行为和模式类似人类性染色体的常染色体。这对“新性染色体”(neosex) 仅仅起源于50 万年以内，由于雄性特异的染色体倒位，致使数以千计 的基因像Y 染色体连锁的基因那样，无法与其等位基因重组。对23 个新 Y 染色(neo-Y)体连锁的基因25kb 的蛋白编码区和它们35kb 的非编码区的 序列分析发现，与其他可重组区域相比，这些基因的遗传多态性显著降 低，并积累了改变氨基酸的有害突变。我们还首次用体内表达试验证明Y 染色体的基因在其顺式调控区域也发生了退化。这些积累在启动子或者非 翻译区域(UTR)的有害突变，将扰乱Y 染色体上基因的正常表达，并进一 步促进退化过程和剂量补偿效应以单个基因(gene-by-gene)的模式进化。 本论文的另外一部分工作主要研究了果蝇中新基因起源的总体模式 问题。对遗传新元件如何起源的兴趣，最早可以追溯到达尔文。近年来通 过对“年轻基因”的案例研究，我们已经知道通过基因重复，逆转座，水 平迁移和从头起源等机制可以产生新基因。但这些机制在全基因组水平对 新基因起源的贡献各自如何，以及以非编码区从头起源合成一个新的基因 是否普遍等重要问题一直未得到解答。我们利用比较基因组的手段，在6个果蝇全基因组中，通过12017 个黑腹果蝇基因序列，鉴定刻画了超过 300 个起源于不同时间点的新基因。我们对这些新基因的序列，结构和表 达模式的分析发现，串联重复在产生年轻的新基因过程中占了主导地位 (超过80%)。但是最后固定在群体内，有功能的新基因主要(44.1%)是散在 重复的形式。我们惊奇地发现非编码区从头起源的基因在新基因的起源过 程中也扮演了重要角色，产生了超过10%的有功能的新基因，并且大部分 都进化出了睾丸特异的表达模式。有大约30%的新基因通过招募其他基因 的编码区或者重复元件，形成了新的嵌合结构，暗示它们可能获得了新的 功能。最后，我们估计在果蝇中，每百万年将产生5 至11 个有功能的新 基因。

Further evidence consistent with Yqh as an indicator of risk of gonadal blastoma in Y-bearing mosaic Turner syndrome

An 8-year-old girl with some features of Turner syndrome and karyotype 45X/46XY had developed a bilateral gonadoblastoma in her rudimentary ovaries. Her normal Y chromosome showed the characteristic distal fluorescence, as seen in her father's. Another mosaic, this time 45X/46XidicY, and also with some Turner features had rudimentary ovaries, but no gonadoblastoma had developed at age 14. The nature of her idicY, which showed no fluorescent distal Yq and had one of the centromeres inactivated, was confirmed by in situ hybridisation with a Yp-specific probe. Using primers from a human Yp-specific sequence, we amplified DNA extracted from paraffin-embedded ovarian tissue from both cases, and from a normal testicle and a normal ovary as controls. The finding of the expected Y-derived PCR product in the rudimentary gonads from these mosaic patients indicates the presence of their Y chromosome in both. We discuss the validity of the findings, and the possible role of sequences in or near the fluorescent part of Yq in the origin of gonadoblastoma in Y-bearing mosaic Turner syndrome.

Morfologia do cromossomo Y, função gonadal e extragonadal em touros de raças sintéticas com alterações na qualidade do sêmen

O motivo deste estudo foi o percentual elevado de descarte de touros por alterações reprodutivas, precisamente qualidade de sêmen, que se apresenta em determinados sistemas produtivos nos quais estão inseridas as raças sintéticas. Através de cinco experimentos foi permitido observar o comportamento da espermatogênese de touros de raças sintéticas do nível cromossômico ao funcional do epitélio seminífero. O experimento I, avaliou por seis meses as características seminais de 12 touros, seis de uma raça pura e seis de uma sintética, contendo em cada grupo touros aptos e inaptos a reprodução classificados por qualidade de sêmen. Os animais do grupo sintético não apresentaram recuperação das características seminais durante o período de avaliação, como os puros, indicando um quadro degenerativo permanente neste conjunto de indivíduos. O experimento II buscou identificar uma relação entre a morfologia do cromossomo Y e tipos de cruzamentos, com a qualidade seminal de touros de duas raças sintéticas, Braford e Brangus-Ibagé. A relação da morfologia do Y com a condição reprodutiva não foi comprovada, no entanto considerando os tipos de cruzamentos para obtenção de touros 3/8, os cruzamentos que utilizam fêmea ¼ com macho ½ sangue filho de Nelore proporcionam um maior percentual de animais considerados inaptos ao exame de sêmen. Este experimento sugere medidas práticas para evitar o cruzamento que traz maiores prejuízos econômicos. O experimento III foi proposto para a avaliar a intensidade de redução de células espermáticas anômalas ao longo do epidídimo em touros de uma raça sintética. A redução da freqüência de gota citoplasmática proximal foi distinta entre os grupos de touros classificados quanto a morfologia espermática e entre as regiões do epidídimo, sendo portanto um indicador sensível da qualidade espermática e classificação da fertilidade potencial de animais de raças híbridas. O experimento IV avaliou a freqüência dos túbulos seminíferos nos diferentes estádios do ciclo espermatogênico em touros de duas raças sintéticas. Nas fases iniciais do ciclo espermatogênico, todos os touros apresentam gametogênese semelhante. Nas fases em que ocorrem as divisões meióticas, os touros inaptos apresentaram maior freqüência e a na fase de maturação das espermátides os touros aptos apresentaram maior freqüência. Estes resultados indicam que nos touros inaptos ocorre um bloqueio na fase das meioses, diminuindo a freqüência dos estádios de maturação das espermátides. O experimento V identificou a expressão diferencial de um fator de crescimento (transforming growth factor alpha- TGFα) no epitélio seminífero de touros Braford e Brangus-Ibagé, aptos e inaptos à reprodução, e também avaliou a freqüência de células de Sertoli nestes animais, como um estudo inicial do controle parácrino da espermatogênese. A maior freqüência da expressão de TGFα foi observada nos estádios I e III, e também na raça Brangus-Ibagé. O número médio das células de Sertoli foi semelhante entre estádios e raças dos touros. Em todos experimentos em que as raças Braford e Brangus-Ibagé foram confrontadas, os resultados obtidos foram diferentes. As maiores freqüências de alterações na qualidade seminal não podem ser extrapoladas para todas as raças sintéticas, cabendo a prerrogativa para cada raça de um estudo específico e ajustado às suas condições de criação.

XX : XY sex chromosome system with X heterochromatinization: an early stage of sex chromosome differentiation in the Neotropic electric eel Eigenmannia virescens

An early stage of sex chromosome differentiation is reported to occur in the electric eel Eigenmannia virescens (Pisces, Sternopygidae) from populations of two tributaries of the Parana river system (Brazil). Cytogenetic studies carried out in the two populations showed that the Mogi-Guacu population is characterized by 2n = 38 chromosomes and undifferentiated sex chromosomes and the Tiete population presents 2n = 38 both for males and females and an XX:XY sex chromosome system. The X-chromosome is acrocentric, easily recognized by the presence of a conspicuous heterochromatin block in its distal portion; the Y-chromosome is probably one of the medium sized acrocentrics present in the male karyotype. BrdU induced R-bands of the two populations did not reveal any difference in the euchromatic regions of the chromosomes. AluI and HaeIII restriction enzyme digestion patterns and chromomycin A3 staining of the X-chromosome are presented. The possible role of heterochromatinization in the evolution of sex chromosomes in fish is discussed.

Differentiation of the XY Sex Chromosomes in the Fish Hoplias malabaricus (Characiformes, Erythrinidae): Unusual Accumulation of Repetitive Sequences on the X Chromosome

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Chromosome spreading of associated transposable elements and ribosomal DNA in the fish Erythrinus erythrinus. Implications for genome change and karyoevolution in fish

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Comparative RH Maps of the River Buffalo and Bovine Y Chromosomes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Genomic organization and comparative chromosome mapping of the U1 snRNA gene in cichlid fish, with an emphasis in Oreochromis niloticus

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

O cromossomo Y na raça Chianina no Brasil

Foram cariotipados 95 touros puros de origem, da raça Chianina, ditribuidos em 19 empresas pastoris, em 5 estados brasileiros. O objetivo foi investigar a incidência de indivíduos portadores de cromossomo Y acrocêntrico, típico das raças de Bos taurus indicus, face às especulações de que as raças indianas poderiam ter contribuido para a formação do Chianina. Todos os indivíduos avaliados mostraram o cromossomo Y de Bos taurrus taurus. O índice centromérico obtido foi de 43,91%, o que permitiu classificar o centrômero deste cromossomo como localizado na região mediana. Foram avaliados também 29 touros com o objetivo de verificar a presença do polimorfismo intraracial do cromossomo Y. O índice centromérico e o tamanho relativo do Y foi determinado. O tamanho do cromossomo X serviu como base para estimar o tamano relativo do Y. A análise de variância mostrou diferenças entre touros apenas no tamanho relativo do Y, sendo que o índice centromérico não difereiu entre os mesmos. Concluimos que este polimorfismo indica que a raça Chianina pode ter recebido contribuição de outras raças em passado remoto ou pode também indicar a possibilidade de cruzamentos mais recentes.

Evidence of an XX/XY sex chromosome system in the fish Dormitator maculatus (Teleostei, Eleotrididae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Genetic population data of 12 STR loci of the PowerPlex (R) Y system in the state of São Paulo population (Southeast of Brazil)

Allele frequency distributions and population data for 12 Y-chromosomal short tandem repeats (STRs) included in the PowerPlex (R) Y Systems (Promega) were obtained for a sample of 200 healthy unrelated males living in S (a) over tildeo Paulo State (Southeast of Brazil). A total of 192 haplotypes were identified, of which 184 were unique and 8 were found in 2 individuals. The average gene diversity of the 12 Y-STR was 0.6746 and the haplotype diversity was 0.9996. Pairwise analysis confirmed that our population is more similar with the Italy, North Portugal and Spain, being more distant of the Japan. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.