Y-kromosomen viktig för skillnaden i kroppsstorlek
Honor och hanar skiljer sig åt på många sätt, och ändå delar de samma genom. Enda undantaget är den hanliga y-kromosomen. Trots att y-kromosomen innehåller väldigt få gener så kan den på ett dramatiskt sätt ändra kroppsstorleken hos hanar. I alla fall hos skalbaggar.
Honor och hanar skiljer sig ofta på många sätt när det gäller morfologi, fysiologi och beteende. Dessa olikheter mellan könen kallas könsdimorfism. Men hur sådana olikheter utvecklas är en gåta eftersom honor och hanar delar samma genuppsättning. En evolutionär förändring hos det ena könet borde medföra en motsvarande förändring även hos det andra. På så sätt borde evolutionen av olikheter mellan könen stoppas.
Y-kromosomen ändrar dramatiskt kroppsstorleken hos hanar
Nu har en forskargrupp vid Uppsala universitet som studerat skalbaggar kunnat visa att trots att y-kromosomen innehåller väldigt få gener så kan den på ett dramatiskt sätt ändra kroppsstorleken hos hanar. På så sätt blir evolutionen av olikheter mellan könen möjlig. Den nya studien, som publiceras i tidskriften Nature Ecology & Evolution, visar att även små genetiska olikheter mellan könen kan möjliggöra evolutionen av könsdimorfism på bara ett par generationer.
– Våra experiment visar att y-kromosomen ensam kan förändra könsskillnaden i storlek med så mycket som 30 procent. Det är anmärkningsvärt för hos dessa skalbaggar, precis som hos människor, så innehåller y-kromosomen bara en handfull gener och utgör endast en väldigt liten del av genomet. Många har trott att y-kromosomen bara påverkar den viktigaste reproduktiva processen hos hanar, spermieproduktionen. Resultaten i vår studie tyder på att y-kromosomen kan ha en bredare roll än man trott tidigare, säger Philipp Kaufmann, doktorand vid institutionen för ekologi och genetik vid Uppsala universitet.
Konstgjort selektionstryck visar utveckling av könsskillnader
Evolutionen av könsdimorfism beror inte bara på var i genomet den genetiska variationen finns, utan också på naturlig och sexuell selektion. Med hjälp av labb-evolution kunde forskargruppen visa att könsdimorfism i kroppsstorlek kunde utvecklas när det fanns ett selektionstryck på förbaggehannars storlek vid parning. Men när selektionstrycket bara låg på honor utvecklades inte dimorfism.
– Den mest dramatiska förändringen i könsdimorfism mellan hannar och honor, en ökning med 50 procent på bara tio generationer skedde när vi riktade selektionen till att bli antagonistiskt och därmed gynnade den motsatta kroppsstorleken hos de två könen. Det här visar att under rätt sorts selektion kan könsskillnader helt uppenbart utvecklas snabbt. Kanske lättare än vi tidigare trott, säger Elina Immonen, forskarassistent vid institutionen för ekologi och genetik, Uppsala universitet, som lett studien.
Studerade effekten av y-kromosomen separat
– Att kombinera information om vilken genetisk information som är tillgänglig för selektion, med olika former av selektion, är ett kraftfullt sätt att pröva de avgörande faktorerna i evolutionen av olikheter mellan könen. Genom att isolera effekten av y-kromosomvariation från resten av genomet hos fröbaggen kunde vi direkt demonstrera hur stor denna effekt är. Det här hade vi inte förväntat oss när vi inledde arbetet och det har hjälpt oss förstå hur könsdimorfism har utvecklats hos den här arten. Framtida arbeten kommer att ge oss mer kunskap om hur y-kromosomen kan ha en så stor effekt på hanar och hur generell dess roll är i evolutionen av olikheter mellan könen när det kommer till andra arter och släkten, säger Elina Immonen.
Fröbaggar parades med olika selektionstryck
I studien karaktäriserade forskarna den genetiska arkitekturen för kroppsstorlek hos hanar och honor genom att skapa en stamtavla med fler än 8 000 skalbaggar. Arten som användes var fröbaggen Callosobruchus maculatus. Denna stamtavla, som omfattade många generationer, användes för att kvantifiera genetisk variation i kroppsstorlek kopplad till könskromosomer och autosomer (kromosomer som inte är könskromosomer). Genom artificiell selektion kunde forskarna testa hur olika former av selektion påverkar uppkomsten av olikheter mellan könen. Forskarna undersökte vad som hände när selektionen bara agerade på hanar, bara på honor respektive antagonistiskt, det vill säga åt motsatta håll, hos de olika könen. Efter tio generationers selektion jämfördes könsdimorfismen hos de olika selektionslinjerna och den ursprungliga populationen.
Experimenten visade tydligt att y-kromosomen spelar en viktig roll i att bestämma hanens respons på selektionen. För att ytterligare studera effekten av den y-kopplade variationen, separat från resten av genomet, utförde forskarna ännu ett experiment. De isolerade y-kromosomens effekt på könsdimorfism, vad gällde storlek hos skalbaggarna, genom att introducera olika y-kromosomer till en genetiskt identisk bakgrund. De skapade med andra ord skalbaggar som var varandras identiska tvillingar, förutom y-kromosomen.
Vetenskaplig artikel:
Rapid evolution of sexual size dimorphism facilitated by Y-linked genetic variance, Nature Ecology & Evolution
Kontakt:
Elina Immonen, forskarassistent vid institutionen för ekologi och genetik, Uppsala universitet, elina.immonen@ebc.uu.se
Philipp Kaufmann, doktorand vid institutionen för ekologi och genetik, Uppsala universitet, philipp.kaufmann@ebc.uu.se
