08.03.2014

20% генома неандертальцев собирается из генов современных людей

Американские ученые воспользовались особым методом для определения архаичных генов. Из кусочков древних реликтов в генетических последовательностях современных людей ученым удалось собрать примерно 20% неандертальского генома. У азиатского населения доля неандертальского наследия несколько выше, чем у европейцев. Некоторые гены, унаследованные от неандертальцев, оказались адаптивными для людей современного типа, при этом одни подошли европейцам, а другие азиатам. Это гены, связанные со свойствами кожи. Опробованный метод позволяет выявлять генетические реликты без сопоставления с ископаемыми геномами, как это было проделано с уже прочтенным геномом неандертальцев. С этой точки зрения опробованный метод видится исключительно перспективным.

Споры о том, скрещивались ли сапиенсы с неандертальцами или нет, начались задолго до прочтения генома неандертальцев и даже задолго до самой возможности это проделать. Этот вопрос решался разными способами, начиная от сравнения распределения во времени и пространстве остатков тех и других и поиска морфологических признаков смешения в скелетах и заканчивая философскими рассуждениями о критериях сексуальной привлекательности. После разработки методов прочтения генома современных людей и существенного удешевления самого процесса естественно появилась идея поискать в геномах современных людей неандертальские реликты. И такие методы действительно разрабатывались. К сожалению, до прочтения генома неандертальца — этого блестящего научного результата — нельзя было проверить надежность и действенность разработанных методов. Теперь это стало возможно.

Прочтение генома неандертальцев показало, что люди современного типа, мигрировавшие из Африки, скрещивались с неандертальцами. В результате 1–3% генома современных неафриканцев — это гены неандертальцев. Но у каждого современного индивидуума присутствуют несхожие неандертальские аллели. Если все эти аллели сложить вместе, то соберется, конечно, не целый геном неандертальца, но внушительная его часть; что-то вроде «с миру по нитке — голому рубашка». Недавно были опубликованы результаты подобной работы, в которой ученым удалось суммировать весь полиморфизм, который можно было отнести к неандертальским реликтам (об этом см. Между сапиенсами и неандертальцами существовала частичная репродуктивная изоляция, «Элементы», 03.02.2014). Проделывалось это, если опустить подробности, так. Была создана выборка из геномов 1004 человек. Подозрительные участки геномов с полиморфизмами сравнивались с неандертальской последовательностью. Те полиморфизмы, которые оказывались похожи (с определенным статистическим согласием) на неандертальские, считались привнесенными при скрещиваниях. Иными словами, для такой процедуры требовалась библиотека генов неандертальцев.

Теперь вернемся на несколько лет назад, когда прочтение генома древних людей было еще только в проекте, но с геномами современных людей уже научились эффективно работать. Тогда, в 2006 году, была предложена методика выделения из геномов современных людей архаичных элементов (описана в статье V. Plagnol, J. D. Wall, 2006. Possible Ancestral Structure in Human Populations). Она основывалась на выявлении полиморфизмов, для которых последний общий предок имел более древний возраст, чем для основной массы последовательностей. Эти архаичные элементы считались неандертальскими. Бенджамин Верно и Джошуа Аки c Отделения геномных исследований Вашингтонского университета решили повторить эту работу на большой выборке современных людей (665 современных геномов), проверив, действительно ли таким образом выявляется неандертальская составляющая. Библиотека генов неандертальцев понадобилась авторам для того лишь, чтобы проверить надежность метода.

Верно и Аки работали с геномами европейцев и азиатов; геном африканцев (из народа йоруба) использовался для выявления специфичных, неафриканских элементов. Они выявили массив архаичных участков геномов, которых не было у йоруба. Эти участки показали хорошее согласие с имеющейся библиотекой неандертальских последовательностей. В результате полученный массив архаичных элементов покрыл примерно 20–30% генома неандертальцев.

В соответствии с прежними результатами удалось подтвердить, что европейцы несут немного меньше неандертальских генов, чем азиаты (рис. 2). При этом у каждой из рас имеются и общее неандертальское наследие, и специфические неандертальские гены.

Неандертальские гены в геноме современных людей, как было показано раньше, чаще вредны. Поэтому число их, по-видимому, сокращается. Некоторые участки генома, ответственного, например, за размножение и плодовитость, не содержат вовсе неандертальских участков. Большинство неандертальских аллелей имеют низкую частоту, но есть и такие, у которых частота резко повышена (рис. 3). Это означает, что они были поддержаны отбором, потому что, так или иначе, повышали жизнеспособность индивидов и вероятность оставить крепкое потомство. Таких генов немного, но они легко выявляются из общей массы аллелей. Эти полезные неандертальские заимствования разделяются на три группы: с высокой частотой у европейцев и азиатов, с высокой частотой у азиатов и низкой у европейцев, с высокой у европейцев и низкой у азиатов. Первая группа была полезна для обеих рас, а две другие — только для одной из них. Авторы обратили внимание на подобные гены: BNC2 у европейцев и POU2F3 у азиатов. BNC2 расположен на хромосоме 9 и экспрессируется в кератиноцитах, его частота у европейцев достигает 70% и он не встречается у азиатов. POU2F3 расположен на 11 хромосоме, встречается у 66% азиатов и лишь у 1% европейцев. Он кодирует транскрипционный фактор, который связан с делением и работой кератиноцитов. Эти примеры дают представление о путях эволюции нашего человеческого облика.

Авторы смоделировали различные демографические сценарии скрещивания неафриканского населения с неандертальцами: однократное скрещивание, двукратное, многократное, при разных численностях скрещивающихся популяций. Результатом моделирования было количество неандертальских генов у европейцев и азиатов, которое сравнивалось с реальными данными. Моделирование показало, что, скорее всего, неандертальцы скрещивались с неафриканским населением не один раз. Этот результат был устойчив к различным показателям численности популяции и эффективности размножения. Ученые предполагают, что было по крайней мере два эпизода, оставивших след в современном человеческом геноме. Сначала была продуктивная встреча неандертальцев с древнейшей линией неафриканских сапиенсов, а позже, уже после разделения европейцев и азиатов, — с азиатским населением.

Данную работу следует особо выделить из-за ее очевидной перспективности. Ясно, что опробованный метод позволит увидеть не только неандертальские гены и их судьбу в геноме современных людей, но и те гены, которые остались нам в наследство от других представителей Homo. Найдутся ли такие?

Источник: B. Vernot and J. M. Akey. Resurrecting Surviving Neanderthal Lineages from Modern Human Genomes // Science. 2014. V. 343. P. 1017–1021.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru