雌性和雄性在许多方面不同，但它们共享相同的基因组。唯一的例外是男性 Y 染色体。乌普萨拉大学的一项新研究以甲虫为研究系统，现已发表在《自然生态与进化》杂志上，该研究表明，尽管 Y 染色体包含的基因很少，但它可以显着改变男性的体型，从而促进性别差异的进化。

雌性和雄性通常在形态、生理和行为方面有很多不同。这种被称为性别二态性的性别差异如何进化是一个难题，因为雌性和雄性共享同一组基因，一种性别的进化变化应该会导致另一性别的相关变化，从而阻止性别差异的进化。这项新研究表明，即使两性之间的少量遗传差异也可以促进两性二态性的进化，使其可以在短短几代内进化。

“我们的实验表明，常染色体以及性染色体 X 和 Y 都可以携带对性二态性很重要的遗传变异，但仅 Y 染色体就可以将性别差异改变多达 30%。这是了不起的因为在这些甲虫中，Y 染色体只包含少数基因，只占基因组的一小部分，就像在人类中一样。许多人认为 Y 染色体只影响雄性最重要的生殖过程，即精子的产生。我们的发现表明 Y 染色体的作用可能比以前认为的更广泛，” Philipp Kaufmann 博士说。乌普萨拉大学生态与遗传学系的学生，也是该研究的第一作者。

然而，性别二态性的进化不仅取决于基因组遗传变异所在的位置，还取决于自然选择和性选择如何对其起作用。With the help of lab evolution, the research team showed that sexual size dimorphism could evolve when selecting on male size, but that when selection acted only on females, the shared part of the genome caused a correlated evolutionary response in males preventing dimorphism from evolving.

“性别二态性最剧烈的变化，仅在 10 代内增加了 50%，发生在我们以性对抗方式进行选择时——偏爱两性中相反的体型。这表明，在正确的选择下，性别差异可以明显地演变乌普萨拉大学生态与遗传学系助理教授、该研究的首席研究员 Elina Immonen 说：“很快，也许比以前想象的更容易。”

“将可供选择的遗传变异类型的信息与不同形式的选择相结合，是测试性别差异进化决定因素的有效方法。通过将 Y 染色体变异的影响与基因组的其余部分隔离开来，我们可以直接证明 Y 染色体的影响有多大，这是我们开始工作时没想到的，这有助于了解该物种的性别二态性是如何进化的。未来的工作将告诉我们更多有关 Y 染色体如何发挥作用的信息对雄性有如此大的影响，以及它在跨类群性别差异进化中的作用有多普遍，”伊莫宁总结道。

有关实验的更多信息

在他们的研究中，研究人员通过创建一个包含 8,000 多只甲虫(种子甲虫 Callosobruchus maculatus)的大谱系来表征雄性和雌性体型的遗传结构。这种多代家谱用于量化常染色体和性染色体相关的体型遗传变异。人工选择的使用允许测试不同形式的选择如何影响大小二态性的进化，并包括仅作用于雄性的选择，仅对女性，或在两性中采取性对抗(相反方向)的行为。经过十代选择，比较了选择系和祖先系谱种群之间的性别大小二态性。这两个实验清楚地表明，Y 染色体在决定男性对选择的反应方面起着重要作用。为了进一步测试 Y 连锁变异与基因组其余部分变异隔离的影响，研究小组进行了第三次实验。他们通过引入不同的 Y染色体，分离出 Y 染色体对这些甲虫性别大小二态性的影响进入基因相同的背景。换句话说，创造除Y染色体外彼此同卵双胞胎的甲虫。