Human sex chromosomes evolved from autosomes. Nineteen ancestral autosomal genes persist as differentiated homologs on the X and Y chromosomes. The ages of individual X-Y gene pairs (measured by nucleotide divergence) and the locations of their X members on the X chromosome were found to be highly correlated. Age decreased in stepwise fashion from the distal long arm to the distal short arm in at least four “evolutionary strata.” Human sex chromosome evolution was probably punctuated by at least four events, each suppressing X-Y recombination in one stratum, without disturbing gene order on the X chromosome. The first event, which marked the beginnings of X-Y differentiation, occurred about 240 to 320 million years ago, shortly after divergence of the mammalian and avian lineages.

The presence or absence of the Y chromosome determines whether a mammalian embryo develops as a male or female. In humans, genetic deletion analysis of “sex-reversed” individuals has identified a small portion of the Y chromosome necessary and sufficient to induce testicular differentiation of the bipotential gonad. We report the cloning of a 230-kilobase segment of the human Y chromosome that contains some or all of the testis-determining factor gene (TDF), the master sex-determining locus. The cloned region spans the deletion in a female who carries all but 160 kilobases of the Y. Certain DNA sequences within this region were highly conserved during evolution; homologs occur on the Y chromosomes of all mammals examined. In particular, homologous sequences are found within the sex-determining region of the mouse Y chromosome. The nucleotide sequence of this conserved DNA on the human Y chromosome suggests that it encodes a protein with multiple “finger” domains, as first described in frog transcription factor IIIA. The encoded protein probably binds to nucleic acids in a sequence-specific manner, and may regulate transcription. Very similar DNA sequences occur on the X chromosome of humans and other mammals. We discuss the possibility that the Y-encoded finger protein is the testis-determining factor, and propose models of sex determination accommodating the finding of a related locus on the X chromosome. The presence of similar sequences in birds suggests a possible role not only in the sex determination system of mammals, but also in the system of birds.

A systematic search of the nonrecombining region of the human Y chromosome (NRY) identified 12 novel genes or families, 10 with full-length complementary DNA sequences. All 12 genes, and six of eight NRY genes or families previously isolated by less systematic means, fell into two classes. Genes in the first group were expressed in many organs; these housekeeping genes have X homologs that escape X inactivation. The second group, consisting of Y-chromosomal gene families expressed specifically in testes, may account for infertility among men with Y deletions. The coherence of the NRY's gene content contrasts with the apparently haphazard content of most eukaryotic chromosomes.

The human genome is thought to harbor 50,000 to 100,000 genes, of which about half have been sampled to date in the form of expressed sequence tags. An international consortium was organized to develop and map gene-based sequence tagged site markers on a set of two radiation hybrid panels and a yeast artificial chromosome library. More than 16,000 human genes have been mapped relative to a framework map that contains about 1000 polymorphic genetic markers. The gene map unifies the existing genetic and physical maps with the nucleotide and protein sequence databases in a fashion that should speed the discovery of genes underlying inherited human disease. The integrated resource is available through a site on the World Wide Web at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SCIENCE96/ .

In eukaryotes, diploid cells give rise to haploid cells via meiosis, a program of two cell divisions preceded by one round of DNA replication. Although key molecular components of the meiotic apparatus are highly conserved among eukaryotes, the mechanisms responsible for initiating the meiotic program have diverged substantially among eukaryotes. This raises a related question in animals with two distinct sexes: Within a given species, are similar or different mechanisms of meiotic initiation used in the male and female germ lines? In mammals, this question is underscored by dramatic differences in the timing of meiotic initiation in males and females. Stra8 is a vertebrate-specific, cytoplasmic factor expressed by germ cells in response to retinoic acid. We previously demonstrated that Stra8 gene function is required for meiotic initiation in mouse embryonic ovaries. Here we report that, on an inbred C57BL/6 genetic background, the same factor is also required for meiotic initiation in germ cells of juvenile mouse testes. In juvenile C57BL/6 males lacking Stra8 gene function, the early mitotic development of germ cells appears to be undisturbed. However, these cells then fail to undergo the morphological changes that define meiotic prophase, and they do not display the molecular hallmarks of meiotic chromosome cohesion, synapsis and recombination. We conclude that, in mice, Stra8 regulates meiotic initiation in both spermatogenesis and oogenesis. Taken together with previous observations, our present findings indicate that, in both the male and female germ lines, meiosis is initiated through retinoic acid induction of Stra8.