Предки китайців і японців схрещувалися з двома різними популяціями денисовців • Олександр Марков • Новини науки на "Елементи" • Антропологія, Генетика

Предки китайців і японців схрещувалися з двома різними популяціями денисовців

Мал. 1. "Графічне резюме" обговорюваної статті вCell. Новий метод виявлення чужорідних генетичних домішок дозволив встановити, що предки сучасних жителів Східної Азії схрещувалися з представниками двох різних популяцій денисівська людина. У геномах жителів Південної Азії і Океанії є сліди схрещування тільки з однією з них.

Завдяки досягненням палеогеноміку стало відомо, що предки сучасних людей схрещувалися з неандертальцями і денісовцамі. Сьогодні сліди гібридизації з вимерлими популяціями можна виявляти і без використання палеогенетіческіх даних. Застосувавши новий метод пошуку чужорідних фрагментів ДНК до геномам 5639 сучасних жителів Євразії і Океанії, американські генетики показали, що епізодів гібридизації сапієнсів з денісовцамі було не менше двох. При цьому в геномах восточноазіатов є сліди обох епізодів, а у южноазіатов і папуасів – тільки одного. Дві Денисовском популяції, схрещуватися з сапиенсами, розрізнялися за ступенем спорідненості з алтайських денисовців, чий геном поки є єдиним прочитання геномом денисівська людина.

Пізні представники роду Homo, Такі як сапиенси, неандертальці і денисовців, блукаючи по просторах Старого Світу, неодноразово схрещувалися один з одним. Фахівці з палеогенетіке і порівняльної геноміки поступово розшифровують послідовність епізодів гібридизації і спрямованість генетичних потоків (див. Посилання в кінці новини).

На сьогоднішній день найбільш переконливо підтверджуються п'ять епізодів гібридизації (рис. 2):
1) приплив генів від неідентифікованих архаїчних людей (можливо, пізніх еректусів) до денисовців,
2) приплив генів від древніх сапієнсів (що вийшли з Африки раніше 60 000 років тому) до алтайських неандертальцям,
3) від алтайських неандертальців – до денисовців,
4) від неандертальців – до вийшли з Африки сапієнсів близько 55 000 років тому (завдяки цьому епізоду в геномах внеафріканскіх сапієнсів присутні близько 2% неандертальської ДНК),
5) від денисовців – до предків сучасних жителів Австралії і Океанії, а також, в меншій мірі, до предків сучасного населення Південної і Східної Азії.

Мал. 2. Епізоди гібридизації, більш-менш надійно встановлені до 2016 року. Малюнок зі статті M. Kuhlwilm et al., 2016. Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals (див .: У алтайських неандертальців знайдені гени архаїчних сапієнсів, а у денисовців – гени гейдельбергских людей, "Елементи, 25.02.2016).

До сих пір не було ясності в питанні про те, чи була гібридизація з денісовцамі одиничним подією.

Напевно були й інші епізоди. Зокрема, ряд фактів вказує на повторні схрещування предків сучасних європейців і азіатів з неандертальцями (Q. Fu et al., 2015. An early modern human from Romania with a recent Neanderthal ancestor; B. Vernot et al., 2016. Excavating Neandertal and Denisovan DNA from the genomes of Melanesian individuals). У геномах деяких африканських народностей, таких як пігмеї, хадза і сандаве, виявлені сліди гібридизації з невідомої архаїчної популяцією, яка, мабуть, відокремилася від предків сапієнсів приблизно тоді ж, коли розділилися лінії сапієнсів і спільних предків неандертальців і денисовців (J. Lachance et al., 2012. Evolutionary History and Adaptation from High-Coverage Whole-Genome Sequences of Diverse African Hunter-Gatherers; P. Hsieh et al., 2016. Model-based analyses of whole-genome data reveal a complex evolutionary history involving archaic introgression in Central African Pygmies).

Чужорідні домішки в геномах сучасних людей можна шукати декількома способами. По-перше, можна шукати фрагменти ДНК, що збігаються з відомими неандертальського і Денисовском послідовностями. Але тоді ми не зможемо виявити домішки, джерелом яких були вимерлі популяції, за якими немає палеогенетіческіх даних. Щоб знайти такі домішки, використовують статистичні методи, які не беруть до уваги послідовності древніх геномів. Ці методи засновані на тому, що привнесені (інтрогрессірованние, см.Introgression) фрагменти ДНК повинні мати певний розподіл довжин (чим більше часу пройшло з моменту гібридизації, тим менше їх середня довжина) і містити набори тісно зчеплених (розташованих по сусідству) рідкісних поліморфізмів. Якщо мова йде про гібридизації, яка відбувалася вже після того, як предки різних рас і народів почали розбрідатися по світу, то інтрогрессірованние ділянки повинні зустрічатися тільки у деяких, але не у всіх сучасних популяцій (наприклад, неандертальські домішки є у всіх внеафріканскіх сапієнсів, але відсутні у африканців).

Даний підхід, відомий під назвою "S * -Статистика", розробляється і вдосконалюється вже більше 10 років (див .: V. Plagnol, JD Wall, 2006. Possible Ancestral Structure in Human Populations; B. Vernot, JM Akey, 2014. Resurrecting surviving Neandertal lineages from modern human genomes).

Американські генетики розробили нову, покращену версію S * -Статистика, яку вони назвали Sprime (за цим посиланням є програмне забезпечення). Метод Sprime дозволяє аналізувати відразу великі ділянки геному (замість послідовного обрахунку коротких ділянок) і враховувати дані відразу по безлічі геномів (замість попарних порівнянь). Крім того, Sprime, на відміну від колишніх версій, успішно справляється з таким ускладнює обставиною,як обмежена міграція носіїв інтрогрессірованних фрагментів ДНК в райони, населені людьми без таких фрагментів. Наприклад, Sprime дозволив би знайти неандертальські домішки у неафріканцев, навіть якби якийсь (не дуже велика) число носіїв цих домішок в далекому минулому повернулося в Африку і схрестили з місцевим населенням. Звичайно, без залучення палеогенетіческіх даних Sprime не визначив би, що це саме неандертальські домішки, але він би показав, що це привнесені фрагменти ДНК.

Перевіривши новий метод на віртуальних (згенерованих комп'ютером) геномах з відомою історією, дослідники переконалися, що він володіє підвищеною надійністю і чутливістю в порівнянні з колишніми версіями. Так, якщо дві популяції розійшлися сотні тисяч років тому, період гібридизації був десятки тисяч років тому, і при цьому в генофонд популяції, що вивчається потрапило близько 3% чужих генів, то метод Sprime дозволить виявити приблизно половину інтрогрессірованних фрагментів (інші виявляться занадто короткими і / або що містять занадто мало поліморфізмів, унікальних для другої популяції), а частка хибнопозитивних результатів буде не більше 7%.

Переконавшись, що метод працює, автори застосували його до 5639 повним геномам сучасних людей з усіх кінців Євразії. До вибірки були включені також папуаси і африканці йоруба (останні використовувалися в якості контролю, оскільки вважається, що у них практично немає неандертальських і Денисовском домішок).

Кількість і сумарна довжина ідентифікованих чужорідних фрагментів в геномах людей з різних популяцій збіглися з отриманими раніше оцінками частки неандертальської і Денисовський ДНК в цих популяціях (з урахуванням того, що метод Sprime, як говорилося вище, виявляє приблизно половину інтрогрессірованних ділянок). Зокрема, підтвердилося, що у восточноазіатов домішок більше, ніж у європейців і южноазіатов.

Нагадаємо, що всі ці чужорідні фрагменти були виявлені за допомогою методу Sprime без використання палеогенетіческіх даних. Тепер, звичайно, потрібно було їх порівняти з відомими древніми геномами. Автори так і надійшли, використавши для порівняння два найбільш якісно прочитаних генома – алтайського неандертальця і ​​денисовців. Аналізувалися тільки ті інтрогрессірованние ділянки, в межах яких і у неандертальця,і у денисовців є як мінімум по 10 однонуклеотидних відмінностей від сучасних людей (точніше, від африканців, у яких немає неандертальських і Денисовском домішок). Це дало можливість для кожного інтрогрессірованного ділянки визначити ступінь його подібності, з одного боку, з алтайських неандертальцем, а з іншого – з денисовців. При оцінці подібності враховувалися тільки ті позиції, за якими неандертальці і (або) денисовців відрізняються від африканців.

Мал. 3. Діаграми, що показують кількість інтрогрессірованних фрагментів ДНК з різним рівнем подібності з геномом алтайського неандертальця (по горизонтальній осі) І денисовців (по вертикальній осі). Популяції, представлені на діаграмах 16-19 (від мексиканців до перуанців) – це не індіанці, а люди змішаного, переважно європейського походження. Інші пояснення в тексті. Малюнок з обговорюваної статті в Cell

Отримані результати представлені на рис. 3. На діаграмах, побудованих для 20 внеафріканскіх популяцій, показана частота зустрічальності інтрогрессірованних фрагментів ДНК з різним рівнем подібності з геномами алтайського неандертальця і ​​денисовців. Ці діаграми заслуговують уважного розглядання.

На всіх діаграмах ми бачимо маленьку компактну область з високими значеннями в лівому нижньому кутку. Це фрагменти, які були визначені програмою Sprime як інтрогрессірованние, але які при цьому не мають нічого спільного ні з неандертальської, ні з Денисовський ДНК. Швидше за все, це псевдопозитивний сигнал, тобто фрагменти, які насправді не є інтрогрессірованнимі і були визначені програмою помилково. Судячи з результатів моделювання, програма повинна давати 5-7% хибнопозитивних результатів, що і підтверджується.

На всіх діаграмах ми також бачимо значний підйом в правому нижньому кутку. Це – наше неандертальське спадщина. Послідовності, успадковані від неандертальців, схожі з геномом алтайського неандертальця в середньому на 80%. При цьому схожість з денисовців у них низька – близько 10-20%. Тут потрібно пояснити, що денисовців трохи ближче до неандертальців, ніж до сапієнс, а це значить, що спільні предки денисовців і неандертальців встигли накопичити певну кількість загальних відмінностей від сапієнсів ще до того, як розділилися. Саме тому схожість неандертальських фрагментів з Денисовском геномом достовірно відрізняється від нуля.

Денисовском домішок серед досліджених популяцій найбільше у папуасів (остання діаграма). Середній рівень подібності Денисовском включень в папуаських геномах з відомим геномом денисовців – близько 50% (а з геномом алтайського неандертальця – ті ж 10-20%). Це означає, що ті денисовців, які залишили свій слід в геномах папуасів, були досить далекою ріднею дівчинки з Денисової печери, чий геном вдалося отсеквеніровать. Вони представляли іншу популяцію денисовців, яка мешкала, можливо, далеко від Алтаю (може бути, десь на півдні або південному сході Азії).

У геномах жителів південної Азії (третій ряд діаграм: індуси, бенгальці і ін.) Теж є Денісовська домішка, хоч і не така велика. При цьому рівень подібності привнесених ділянок з геномом Денисовський дівчинки такий же, як у папуасів: близько 50%. Це означає, що джерелом домішки, ймовірно, була та ж сама популяція денисовців, не дуже близька до алтайської, що і у папуасів.

У геномах європейців (перший ряд діаграм) Денисовском домішок практично немає, за винятком фінів (діаграма №2), у яких є трохи Денисовський ДНК. Швидше за все, ця домішка потрапила до фінам разом з порцією азіатських генів (M. Sikora et al., 2014.Population Genomic Analysis of Ancient and Modern Genomes Yields New Insights into the Genetic Ancestry of the Tyrolean Iceman and the Genetic Structure of Europe).

Найцікавіший і несподіваний результат пов'язаний з восточноазіатамі (три китайських вибірки і одна японська, діаграми 6-9 у другому ряду). Їх Денісовська домішка складається з двох різнорідних частин: одні Денисовском фрагменти схожі з геномом алтайської дівчинки на 50% (як у папуасів і южноазіатов), а інші – приблизно на 80%. Двогорбий розподілу статистично достовірна. Це означає, що у предків китайців і японців, швидше за все, було два епізоди гібридизації з денісовцамі. Один раз вони схрещувалися з тієї ж населенням, що залишила слід в геномах папуасів і южноазіатов, а другий – з іншими денісовцамі, ближчими до алтайської популяції.

Епізод за участю "50-відсоткових" денисовців міг бути тим же самим, що і у предків папуасів і южноазіатов. Іншими словами, в цьому епізоді могли брати участь ще спільні предки папуасів і жителів південної і східної Азії. Або, може бути, власне з денісовцамі схрещувалися тільки предки папуасів, а вже потім від них, в результаті якихось міграцій, отримали Денисовском домішка предки індусів і китайців. Що ж стосується епізоду за участю "80-відсоткових" денисовців, то в ньому були задіяні тільки предки восточноазіатов.

Визначити тимчасову послідовність епізодів гібридизації в принципі можна по довжині інтрогрессірованних фрагментів. У геномах восточноазіатов неандертальські фрагменти в середньому трохи коротше, ніж "50-процентні" Денисовском, а ті, в свою чергу, коротше, ніж "80-процентні". Це вказує на можливу послідовність подій: спочатку – схрещування з неандертальцями, потім – з "50-відсотковими" і, нарешті, з "80-відсотковими" денісовцамі. Однак автори по-чесному відзначають, що відмінності по довжині фрагментів не є статистично достовірними, і тому робити якісь висновки на їх основі передчасно.

Нові дані не підтвердили точку зору про множинних епізодах гібридизації з неандертальцями. Неандертальські фрагменти ДНК не розпадаються ні на які кластери, а це значить, що або епізод був тільки один, або повторні схрещування відбувалися з неандертальських популяціями, дуже близькими до тієї, з якою предки внеафріканскіх сапієнсів гібрідізоваться спочатку близько 55 000 років тому. Другий варіант більш імовірний, тому що у азіатів достовірно більше неандертальської ДНК, ніж у європейців, і це не вдається пояснити дією відбору (тобто тим, що у предків європейців відбір ефективніше вичищав неандертальського домішка).Швидше за все, предки азіатів повторно схрещувалися неандертальцями, які були навколо ріднею тих, з якими раніше схрещувалися спільні предки всіх внеафріканскіх сапієнсів.

Автори також подивилися, які з ідентифікованих чужорідних фрагментів ДНК піддавалися дії позитивного відбору, тобто пішли на користь нашим предкам і тому досягли високої частоти в сучасних генофондах. Підтвердилися колишні висновки, згідно з якими відбір підтримав цілий ряд неандертальських алелей, пов'язаних з будовою шкіри, волосся і, головне, з імунною системою. Це логічно, тому що вийшли з Африки сапиенси зіткнулися в Євразії з новими патогенами, так що гени імунної захисту місцевого населення могли виявитися дуже до речі. Від денисовців наші предки отримали менше корисних генетичних варіантів, ніж від неандертальців (див .: Наші предки запозичили у неандертальців і денисовців важливі гени для захисту від вірусів, "Елементи", 07.10.2011; Тибетці успадкували від Денисовском людей ген, який рятує від гіпоксії, "Елементи", 10.07.2014).

Таким чином, завдяки розвитку методів палеогенетікі та біоінформатики (аналізу геномних послідовностей) наші знання про історію гібридизації сапієнсів з "архаїчними Homo"Швидко уточнюються і деталізуються.Прогрес не може не вражати, особливо якщо згадати, що з того моменту, коли сам факт такої гібридизації був вперше твердо встановлено, пройшло менше восьми років (див .: Геном неандертальців прочитаний: неандертальці залишили слід в генах сучасних людей, "Елементи", 10.05 .2010).

джерело: Sharon R. Browning, Brian L. Browning, Ying Zhou, Serena Tucci, and Joshua M. Akey. Analysis of Human Sequence Data Reveals Two Pulses of Archaic Denisovan Admixture // Cell. 2018. V. 173. P. 1-9. DOI: 10.1016 / j.cell.2018.02.031.

Див. також:
1) Людина з Денисової печери виявився не сапієнс і не неандертальцем, "Елементи, 27.03.2010.
2) Геном неандертальців прочитаний: неандертальці залишили слід в генах сучасних людей, "Елементи, 10.05.2010.
3) Геном денисівська людина отсеквенірован з високою точністю, "Елементи, 06.09.2012.
4) Прочитаний мітохондріальний геном Гейдельберзького людини: предки неандертальців виявилися родичами денисовців по материнській лінії, "Елементи, 16.12.2013.
5) Між сапиенсами і неандертальцями існувала часткова репродуктивна ізоляція, "Елементи, 03.02.2014.
6) У алтайських неандертальців знайдені гени архаїчних сапієнсів, а у денисовців – гени гейдельбергских людей, "Елементи, 25.02.2016.
7) Нові геномні дані дозволили уточнити історію заселення Євразії та Австралії, "Елементи", 28.09.2016.
8) Дані археології та генетики свідчать про багаторазові спроби африканських сапієнсів заселити Євразію, "Елементи", 12.12.2017.

Олександр Марков


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: