Определение пола у млекопитающих. Роль Y -хромосомы и аутосом.

Особенности определения пола у млекопитающих

А. М. Ефимов, научный сотрудник лаборатории биосистематики БИН РАН, Санкт-Петербург

К древним временам восходят мечты человечества контролировать пол собственного потомства и домашних животных. Соответствующие инструкции для родителей содержатся в Талмуде, среди древних философов проблемой определения пола интересовались Демокрит, Эмпедокл, Аристотель. Советы и рекомендации, содержащиеся в античной литературе, в основном сводились к воздействию на физиологию оплодотворения, влиянию расположения небесных светил на соотношение полов потомства. Только сейчас, благодаря результатам молекулярной генетики, стало возможным генетическое детерминирование пола на практике.

В промышленном производстве животных всегда существует потребность особей одного пола: для воспроизводства стада и производства молока — самок, для получения мяса или шерсти — самцов. В первом случае многократное использование самцов или переход на искусственное осеменение позволяет значительно снизить необходимое для размножения количество самцов, отсюда понятна экономическая целесообразность сдвига полового состава потомства в сторону самок. С другой стороны, например, у баранов, живая масса почти в два раза, а настриг шерсти — на 30 % выше, чем у овец. При одинаковых условиях откорма среднесуточный прирост живой массы бычков на 20-30 % выше, чем у телок. Для воспроизводства стада в ремонтных целях необходимо ежегодное пополнение особями женского пола. Однако для поддержания постоянного поголовья достаточно иметь 15-30 % самок в ежегодном приплоде, а от дополнительного количества самцов получать до 20 % добавочной мясо-шерстной продукции (1).

Задача планирования и поддержания определенного соотношения полов не возникает при мясо-молочном животноводстве, но при этом понятна невозможность безграничного наращивания продукции интенсивным путем за счет увеличения общего поголовья. Ранняя выбраковка животных по полу — не самый лучший способ сдвига соотношения полов в стаде, так как снижается поголовье, и существуют различия в оплате кормов при дозабойном содержании между полами. Даже на этих примерах можно предположить, что эффективность селекции и разведения может повыситься за счет переноса типированных по полу эмбрионов.

Половая дифференциация высших организмов, в частности млекопитающих, представляет собой сложный физиологический процесс с участием продуктов многих генов, в том числе и аутосомных. Так, мутация по 17-й хромосоме мыши определяет строение яичника в эмбрионах с Y-хромосомой, то есть в потенциальных самцах (2). Поэтому различают первичную и вторичную половую дифференциацию (3). Под первичной понимают формирование у эмбриона гонад, а под вторичной — формирование половых протоков.

Получение первых данных по регуляции половой дифференциации у млекопитающих и человека связано с исследованием локуса Н-У антигена, участвующего в этом процессе, но не являющегося главным. Недавно в Y-хромосоме была обнаружена область, содержащая ген-детерминатор образования семенников — Tdf (ТДФ), аналогичная область у мышей — Tdy. В настоящее время на основе молекулярно-генетических подходов становится реальным выяснение молекулярных механизмов регуляции пола.

Так как генетическая программа, необходимая для детерминации пола, реализуется при оплодотворении, то понятен интерес к исследованию этого процесса и поиска подходов для воздействия на него и применения их на практике.

Сейчас опубликовано несколько десятков методических подходов по разделению сперматозоидов и эмбрионов по полу у человека и животных, в той или иной степени успешных. Однако при промышленном животноводстве необходимо, чтобы эти приемы были достаточно простыми, недорогими и не отражались на жизнеспособности эмбрионов.

Существуют несколько вариантов решения проблемы соотношения полов: искусственный отбор гамет, идентификация пола и избирательная трансплантация эмбрионов, гормональная регуляция формирования половых признаков, молекулярно-генетические и генно-инженерные методы изменения полов.

В последнее время активно исследуются генетические локусы, детерминирующие пол у млекопитающих. Направленный поиск генов, определяющих развитие семенников у человека (ТДФ), привел к открытию и у других видов высококонсервативных локусов, получивших название ZFY. Некоторое время казалось, что фрагмент ZFY, кодирующий n-связывающий пальцевой белок и есть искомый ТДФ. Однако в последних работах такая возможность серьезно оспаривается с появлением нового кандидата на эту роль — гена SRY, и для выяснения природы ТДФ требуются новые усилия. С проблемой генетического определения пола тесно связана проблема идентификации генов поверхностных антигенов, в частности Н-У антигена. Показано, что, по крайней мере, гены Н-У антигена и ТДФ не совпадают между собой, хотя не исключено, что ТДФ экспрессируется под контролем Н-У антигена или его гена.

Достигнут определенный прогресс в разработке методов фракционирования сперматозоидов по полу, особенно перспективными представляется иммунологический и электрофоретический подходы, основанные на различиях в антигенных и других свойствах поверхности, обусловленных, вероятно, экспрессией генов половых хромосом. Однако, убедительных данных об экспрессии гаплоидного генома при сперматогенезе или созревании спермиев не получено.

Недостаток независимо подтвержденных данных о возможностях того или иного метода фракционирования спермы не позволяет с определенностью утверждать, что в настоящее время существует препаративный метод, обладающий требуемой производительностью и сохраняющий жизнеспособность клеток. Проблема в принципиальном плане разрешима с применением флуоресцентной микроскопии или оптической цитометрии, но пока без сохранения фертильности сперматозоидов. Метод оптической цитометрии представляется наиболее надежным и быстрым при оценке любых других методов фракционирования спермы.

Клонирование У-специфических последовательностей геномной ДНК, экспрессирующихся в тканях самца, позволяет надеяться на ближайший прогресс в понимании механизмов регуляции пола у млекопитающих.

В настоящее время реальны первые эксперименты по переносу генов, связанных с дифференциацией пола у животных. Необходимы тщательно продуманные эксперименты по получению фертильных особей одного пола. Более простая задача — получение стерильных жизнеспособных животных.

Решена практическая задача определения пола ранних эмбрионов сельскохозяйственных животных с помощью выделенных генно-инженерными методами У-специфических зондов. Сейчас такие клонированные У-последовательности имеются в Англии, Австралии, США, Франции, причём используются в основном в коммерческих целях. Вероятность правильного определения пола с использованием ПЦР-техники близка к 100 %. Причём автоматизация всего процесса от разделения и идентификации по полу эмбрионов до трансплантации позволяет эти трудоёмкие и рутинные методы сделать экономически выгодными и технологичными.

Аутосомные хромосомы - это парные хромосомы, с 22 материнскими и 22 отцовскими хромосомами. Эти хромосомы соединены в пары, потому что содержат гены, которые отвечают за одни и те же функции. Определяющих пол хромосом, две - X и Y. Клетки женщин имеют комбинацию из двух X хромосом (XX), а мужчины - из одной X и одной Y хромосомы (XY).