Y染体，简单却又复杂的不定游者
摘要：Y染体是属于XY性别决定系统的大多数哺乳动物的两条性染体之一，其中SRY基因控制着睾丸的形成而决定是否为雄性。Y染体的变异会引发罕见或常见的遗传病，通过对其研究，不仅可以出致病原因，还可研究Y染体自身功能，亦能追溯家族或人起源。它由常染体演化而来，一亿多年以来不断改变，直到新的性别决定系统产生而完成自己的遗传变异使命。
关键词：Y染体；遗传病；SRY；缺陷；微缺失
Y染体的存在：
在XY性别决定系统中，雄性个体所特有的性染体是Y染体，在哺乳动物的Y染体中含有的SRY基因能触发睾丸的生长，并由此决定雄性性状。
具有Y染体的非哺乳动物包括部分昆虫（如果蝇）、鱼类、爬行动物，部分植物也具有Y染体。就黑腹果蝇而言，Y染体并不引起雄性果蝇的发育，包含对雄性生育能力必要的基因。性别决定于X染体的数目，基因型为XXY的黑腹果蝇为雌性，基因型为XO，只拥有单个
X染体的为雄性但不能生育。
那么Y染体的起源是怎样的呢？
最近鸭嘴兽基因组测序的研究表明，XY性别决定系统只是在大约1.66亿年以前出现的，是在原兽亚纲从其他哺乳动物中分离出来开始的。（Warren WC  et al  2008）
X染体和Y染体被认为是由一对相同的染体演变而来的，这对染体原属于常染体。某个远古哺乳动物的祖先发生了等位基因的变异，只要拥有这对等位基因的个体就会成为雄性。包含这对等位基因之一的染体最终形成了Y染体，另一半的染体最终形成了X染体。Y染体不断通过染体易位获得对雄性个体有利而雌性个体有害或没有明显作用的基因。（Grützner .F  et al  2004）
Y染体的结构与功能：
人类的Y染体中包含约6千万个碱基对，约占男性体细胞中DNA的2%。有86个基因，这些基因只编码了23种不同的蛋白质。
人类的Y染体除了在端粒上的拟常染体区的少部分片段，只占有染体长度约5%，能与相应的X染体发生重组，其外都不能发生重组。这些片区是由原本X染体与Y染体同源的片段遗留下来的。Y染体中不能发生重组的其他部分被称为“NRY区”。
NRY区的其他基因：
AZF（无精症因子）
DAZ（无精子缺失）
SRY（Y染体性别决定区）
"生命"的必需基因在X染体上，而Y染体上并没有，因而人类有单个X染体即可以存活，表示Y染体并不是必需存在的染体。唯一明确的与Y染体的缺陷有关的人类疾病是睾丸发育不良，由SRY基因的缺失或有害突变导致。所以说要通过研究伴Y染体疾病在了解Y染体在正常情况下的功能十分重要。不同类型的染体核型的发现对研究性分化异常有关性腺发育的基因定位将有重要意义。（刘基铎等，2001）
我们人类与Y染体有关的疾病：
1. XXY综合征
XXY综合征，是一种性染体异常引起的遗传疾病，其个体有至少2条XX性染体，至少1条Y性染体，典型情况下为XXY，一般为男性。此病患者的症状表现常有乳房有轻微发育、睾丸发育不全或原发小睾丸症等，并且大部分无法生育。（曾翠平，2004）
2. XYY综合症
XYY三体又称“超雄综合症”， 患者身材高大，智力一般与正常人没有过大的差别，以往人们一直误解XYY三体者犯罪率比较高，但最新的医学研究表明XYY三体者犯罪率与常人无异。
3. 性反转 
dna多态性出现因为SRY基因被破坏导致XY雌性或因SRY被复制到了X染体上导致XX雄性。46，XX雄性的X染体分别来自双亲。约80％一90％具有不同量的Y染体特异性DNA片段，该片段由Y染体短臂远端易位到父亲X染体短臂远端，但总是包括SRY基因。而SRY基因编码Y染体假性常染体区和睾丸决定因子(IDF)。（柳林等，2005）
4. Y染体缺陷  如XO型女，无生殖能力；XY型女，即使某个个体的核型为XY，Y染体不完整，无法影响个体雄性化，而会让一个个体的表现型还原为雌性。
5. Y多于两条  如 XYYY型（罕见）  在这种情况下，额外的遗传物质会导致骨骼畸形，智力下降，生长迟缓
6. 不育，无精或少精
Y染体异常与不育、精子异常、流产、智力低下等临床效应有关。（郭玉萍等，2003）47，XXY是无精子症的最常见核型，均伴有大Y。（贺爱军等，2003）在人中Y染体的长度具有变异性，Y染体长度变异的测定以Y≥18号染体为大Y的标准，Y≤21号染体为小Y的标准。（陈绍坤等，2004）在中国无精症、严重寡精症患者中，大约25%的患者有Y染体异常或Y 染体AZF 区微缺失。（阿周存，2006）位于AZF区DAZ基因的缺失是无精子症最常见的微缺失，DAZ基因可能是在4千万年前通过转座等方式起源于DAZL基因（夏欣一等，2006）。
Y染体微缺失的多重PCR筛查方法是易行和可靠的，对无精症和少精症患者有必要进行Y
染体微缺失的常规筛查。（于丛一等，2003） 总之，Y染体的非重组区的SRY基因组和DAZ基因组的研究是关键，那么通过什么来检测？
1. 单核苷酸多态性(SNP)  低突变率的双等位基因，SNP即双等位基因多态，主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传的变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90％以上。Y染体双等位基因多态的明显地域相关性，使它成为一个针对不同地域和人的特别有效的测量工具。
2. 短串联重复序列(STR)  高突变率的多等位基因，它又包括卫星DNA、小卫星DNA和微卫星DNA，STR是人类基因组中由2—6个碱基作为核心单位串联重复形成的一类具有长度多态性的DNA序列，能够反映相对近期发生的突变情况。
如果将SNP与STR结合进行研究，就可以取长补短，弥补了单纯利用STR易受其高突变率影响的弊端。（张永科等，2007）
但不管怎样，SNP 位点的基因分型采用等位基因特异PCR 方法, 对于每一个 Y 染体的SNP 位点, 设计两个特异等位基因引物分别在其上游或下游单侧引物的3 端含有SNP 突变的位点, 来识别单碱基差异的等位基因。
STR也要用PCR扩增,非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分型；构建等位基因分型标准物；对所有等位基因测序调查两个Y染体短串联重复序列基因座的遗传多态性。（林京东等，2006）
Y染体是人类仅有的单倍遗传的染体，由于Y染体非重组区保留有前辈发生的突变记录，是人们从分子遗传角度研究人类起源和迁移问题的最重要手段之一。正常情况下，仅在减数分裂时人类Y染体拟常染体区与X染体发生重组，Y特异区与X染体不发生重组，故呈现稳定的单倍型父系遗传，其DNA序列改变仅由突变引起，并且Y 染体的单倍型由19 个SNP 组成。
我们国家在这方面的研究结果较多，简单列出以下几个：
1.  Y 染体非重组区的突变型 M89T, M130T和 YAP+均来自另一 Y 染体单倍型 M168T, M168 是除非洲以外所有现代人及部分非洲人共同具有的一种古老的突变型, 在除非洲以外地区没有发现一例个体具有比 M168 更古老的突变型。在 M168 突变基础上产生的 M89+, M130−和 YAP+ 3 种 Y 染体单倍型在中国人中的基因频率分别为93.4%, 3.7%和 2.9%, 结果显示近万份样品无一例外具有这 3 种突变型之一, 这也是目前支持现代中国人非洲起源假说最新的遗传学证据。（柯越海等，2001）
2. 中国南北人的Y 染体单倍型组成有较大差异,南方人的多态性明显高于北方人, 现代人类自南方进入中国, 随后由南向北逐渐迁移，并且估算了现代人类进入中国的时间大致在18 000~60 000 年前。（柯越海等，2000）
3. Y染体SNP的主成分分析看，客家人与中原汉族最近，又偏向于苗瑶语族中的畲族，不同于其他南方汉族偏向于侗台语族。（李辉等，2003）
4. 回族是中国西北的少数民族，其来源主要是13世纪初叶东迁的亚细亚各族人、波斯人和阿拉伯人，与赫哲、锡伯和蒙古族在遗传关系上相距较远。(于敏等，2002)
Y染体看着很简单，却又引出诸多复杂的研究结果，最终又将走向何方呢？
同源染体的基因重组本是用于降低有害突变保留的几率并维持遗传完整性的，X染体和Y染体之间的基因重组已被证实是对生命体有害的，因不能与X染体发生重组，被认为容易发生损毁而导致退化。人类的Y染体在其演变的过程中丢失了原本拥有的1,438个基因中的1,393个，约每一百万年丢失4.6个基因。Y染体的基因突变4.8倍于其他的基因组（Marchal  2003） 据推算，若Y染体仍以这样的速率丢失基因，它有可能在一千万年后完全丧失功能。
对比基因分析的资料显示，许多哺乳动物都在丧失它们各自杂合性染体的功能。包括人类的灵长目动物的Y染体已严重退化，Y染体的退化可能导致其他染体将其原有基因“接管”，最终会使得Y染体完全消失，而诞生一个新性别决定系统，例如黑麂通过融合原有的性染体和常染体演化出了新的X染体和Y染体。（Wilson, M. A.  2009）
有学者估计人类将在约1.4千万年后获得新的性别决定系统。（Graves, J.A.M  2006.）
不过还好，最近一项关于Y染体退化的研究表明，人类的Y染体DNA上具有大量复杂的重复基因序列及特殊的回文结构，这些结构使Y染体可以在自身内部进行自我基因重组等过程，这种基因重组被认为能维持其稳定性。（Jennifer F. Hughes  2010）
不管怎样，Y染体凭借其不定性深深地吸引着部分人们不断对其研究，就算Y染体会消失，我们也有足够的时间来探索，来解答。
参考文献：
1. 阿周存， 杨元， 张思仲， 张炜， 林立  中国无精症、严重寡精症患者的染体异常和Y染体微缺失  四川大学华西医院医学遗传室,国家生物重点实验室  遗传学报  2006,33(
2)
2. 陈绍坤， 黄燕  Y染体异常的临床表现与遗传学相关分析  中国优生与遗传杂志  2004,12(5)
3. 杜宏， 张林， 周斌， 张海军， 梁伟波， 沈月华  微测序技术检测12个Y-SNP及其遗传多态性  法医学杂志  2006,22(2)
4. 郭玉萍， 唐吟宇， 张静  Y染体异常的细胞遗传学研究及其临床效应分析  中国优生与遗传杂志  2003,11(4)
5. 贺爱军， 周林峰  Y染体异常与生育的关系  中华医学遗传学杂志  2003,20(6)
6. 柯越海，宿兵，肖君华，陈华，黄薇，陈竺，褚嘉佑，谈家祯  Y染体单倍型在中国汉族人中的多态性分布与中国人的起源及迁移  中国科学C辑  2000,30(6)

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