після

  • предметів
  • реферат
  • вступ
  • результат
  • обговорення
  • методи
  • Детальніше
  • Додаткова інформація
  • Файли PDF
  • Додаткова інформація
  • Файли Excel
  • Додаткові таблиці
  • Коментарі

предметів

  • Еволюційна генетика
  • Популяційна генетика

реферат

Люди мають більше копій генів амілази, ніж інші примати. Однак досі не зовсім зрозуміло, коли було збільшено кількість примірників та чи покращено його розповсюдження шляхом відбору. Тут ми оцінюємо кількість копій амілази в глобальній вибірці з 480 геномів із високим покриттям і виявляємо, що регіони, що оточують локус амілази, демонструють значне зменшення генетичного різноманіття як серед африканських, так і серед африканських популяцій. Аналіз генетичних варіацій у цих областях підтримує модель раннього селективного підмітання в людській лінії після відокремлення людей від неандертальців, що призвело до фіксації кількох копій AMY1 замість однієї копії. Ми виявили докази багаторазової вторинної втрати кількості копій з найвищою частотою (52%) делеції AMY2A та пов'язаного з цим низького числа копій AMY1 у популяціях з низьким крохмалем у північно-східному Сибірському регіоні.

Альфа-амілази, надалі іменовані амілазами, експресуються в слинних залозах і підшлунковій залозі генами з сімейства генів AMY, які у людини мають змінну кількість копій генів, які розташовуються у вигляді вузького скупчення в районі приблизно 200 kb на референтну збірку хромосом 1. Копії гена AMY1 експресуються в слинних залозах і дозволяють вуглеводам розщеплюватися до простих цукрів перед прийомом всередину. Копії AMY2 експресуються в підшлунковій залозі і служать тій самій меті в дванадцятипалій кишці. Порівняно з іншими людиноподібними мавпами, локус AMY значно розширений у людей, з високим рівнем варіації числа копій (CNV) у популяціях 1, 2, 3, 4, 5, 6 та між ними. Кілька досліджень показали, що більша кількість копій гена AMY1 викликає підвищену експресію амілази в слині, що, ймовірно, дозволить більш ефективно перетравлювати продукти, багаті крохмалем, 1, 7. Однак ширший фенотиповий ефект амілази на CNV все ще неправильно розуміється, оскільки початкові повідомлення про зв'язок числа копій AMY1 з індексом маси тіла та ризиком ожиріння 7, 8 не змогли повторити 4 .

Посилення числа копій амілази могло розпочатися на початку еволюційної історії людини, під час плейстоцену. Оскільки ефективність амілази слини значно підвищується при перетравленні приготованого, а не сирого крохмалю 12, припускають, що розповсюдження генів амілази стане вибірково вигідним як джерело енергії для підтримки зростаючого розміру мозку лише після розширення варіння. Незважаючи на те, що найперше використання вогню гомінінами було передбачено в 1, 9 MYA 13, найперші свідчення послідовного та багаторазового використання камінів новіші і починають з'являтися в середньому плейстоцені, лише близько 300 KYA 14. Взаємозв'язок між приготованою їжею та розміром мозку гомініну був предметом великих антропологічних досліджень 13, 15, 16, 17. Враховуючи наявні на сьогодні археологічні, антропологічні та генетичні дані, Харді та ін. 9 висували гіпотезу, що розширення приготування багатих на крохмаль бульб у поєднанні з отриманням більшої кількості копій AMY1 нашими попередниками може сприяти швидкому зростанню розміру мозку в ранньому середньому плейстоцені приблизно на 800 KYA до поділу сучасних людей. і неандертальці.

Моделі генетичних варіацій, накопичені в локусі AMY та його флангах, знайдені в різних популяціях людини, можуть бути інформативними для вирішення цих різних можливостей. Хоча попередні дослідження 1, 3, 4 надали нам першу інформацію про глобальний розподіл CNV в AMY, дані все ще достатньо охоплені великими регіонами, такими як Сибір, Південно-Східна Азія та Америка. У цьому дослідженні ми використовуємо дані послідовності з високим охопленням від 480 особин у зразках з усього світу для пошуку доказів недавніх або старих сигналів позитивного відбору на сайті амілази. Ми підтверджуємо достовірність оцінки кількості копій генів AMY1, AMY2A та AMY2B на основі даних глибини зчитування, генотипуючи підмножину з 68 зразків за допомогою тестів співвідношення паралогів та методів мікросупутникового тестування. Оцінюючи різноманітність, вік та спорідненість гаплотипів, пов’язаних із високим і низьким числом копій AMY1, до архаїчних людей, ми досліджуємо, чи можна пояснити гаплотипи, пов’язані з нинішнім числом копій предків, утриманням родового гаплотипу, інтрогресією з архаїчних гомінів через зближення в місце.

результат

Для подальшого просвітлення питання про те, чи локус AMY був предметом нещодавнього позитивного відбору людини, ми спочатку вивчили ступінь генетичної диференціації людських популяцій у локусі AMY в контексті інших генетичних локусів у глобальному наборі даних 480 геномів із високим покриттям 19 (таблиця S1). Ми порівняли максимальні значення Fst SNP в регіонах 200 kb, що безпосередньо оточують локус AMY, з розподілом подібних значень, отриманих із даних цілого геному, і виявили, що геномні області, що фланкують гени амілази, у всьому світі характеризуються значущими (χ 2 –Тест, p 1, який передбачав би високі значення F st серед наших груп Південно-Східної Азії та Північно-Східного Сибіру, ​​і жодна з обстежених популяцій не показала сигналу про нещодавній позитивний відбір у

"Сайт AMY" відноситься до даних трьох суміжних сегментів на 200 кб з регіону Chr1: 103 800 000 - 104 400 000. Розподіл максимальних балів F ST з 200 кб областей показано в кошику 0,05. Значуще лише 5% (червона крапка лінія) Оцінка F ST для локусу AMY походить із порівняння Африки та північно-східного Сибіру в сегменті Chr1: 104 000 000 - 104 200 000.

Повнорозмірне зображення

Стіл в натуральну величину

На осі y - сума похідної частоти алелів у всіх поліморфних локусах в африканських даних щодо 1000 геномів, що оцінюється в 50000 п.н. неперекриваючих сегментів хромосоми 1, щодо відхилення еталонної послідовності людини від послідовність предків (визначається консенсусом 6 приматів). Червона пунктирна лінія вказує на поріг 1% щодо емпіричного розподілу по всьому геному. Враховано лише ті 50000 сегментів баз даних, які містили понад 90% сайтів у людських даних, Алтайський неандерталець та Денисован.

Повнорозмірне зображення

Аналізи обмежувались біалельними варіантами SNP з довгої області LD-66 kb (Chr1: 104, 303, 310-104, 369, 301), яка знаходиться нижче за течією від (центромерного) гена AMY1C (рис. S1). Оцінки часу злиття наводяться поблизу точок відгалуження, і передбачається швидкість мутації 5,5 х 10-10 на bp на рік 34. BSP - панорамний графік Байєса; товста коричнева лінія показує середні оцінки ефективного розміру популяції (N e) x генерації (вісь y) у часі (вісь x)), оцінені за даними району

66 кб у глобальній вибірці з 480 особин. Сіра зона, забарвлена ​​навколо коричневої лінії, показує 95% інтервали зворотної щільності оцінки BSP на 95%. Пунктирна синя стрілка виділяє гілку людського філогенезу, яка, ймовірно, була джерелом інтрогресії шматочків.

16 кб (Chr1: 104, 350, 432-104, 366, 871) в геном нетайдертальців Алтаю.

Повнорозмірне зображення

Стіл в натуральну величину

Повнорозмірне зображення

Стіл в натуральну величину

Стіл в натуральну величину

обговорення

На закінчення ми знаходимо докази надзвичайно низького різноманіття послідовностей у регіонах, що обмежують локус числа копій амілази у глобальній популяції людських популяцій. Помітно негативні показники Таджима Д у африканців, наявність фіксованих відмінностей між сучасними та архаїчними людьми та молода дата злиття в сучасній людській лінії свідчать про те, що локус амілази піддавався вибірковому втручанню після відділення людей від неандертальців. Цілком ймовірно, що це селективне розмноження, яке фіксувало множинні копії гена AMY1 у сучасних людських лініях, було пов’язане зі змінами дієти та обробкою послідовностей обробки багатих крохмалем бульб, включаючи, наприклад, подрібнення, вилуговування та варіння.

методи

Для оцінки віку гаплотипів, пов’язаних з родовідним кодом генів AMY1, AMY2A та AMY2B, ми використовували дані високого фазового покриття для 480 повних геномних послідовностей, визначених за допомогою платформи Complete Genomics 19. Спочатку ми вивчили закономірності дисбалансу зв'язування, використовуючи статистику D '(Рисунок S1), в регіоні

100 кб і далі за місцем AMY, щоб визначити межі регіону надзвичайно великого дисбалансу зв’язків у наших глобальних даних. набір для подальших аналізів на основі гаплотипів. Статистика D 'була розрахована для Bilelic SNP, які мали MAF> 0,1 у нашій глобальній вибірці. Ці аналізи ідентифікували область з

66 кб (Chr1: 104, 303, 310-104, 369, 301) нижче за течією локусу AMY з високим середнім (D '= 0,992) LD серед SNP. Особливо СНП в районі

66 kb також демонструють відносно високий середній показник (D '= 0,839) LD із SNP із області 150 kb (Chr1: 104 000 001 - 104 150 000) перед змінним локусом номера копії AMY, що вказує на сильну асоціацію на великі відстані. Використовуючи BEAST версії 1.8 33, ми визначили філогенетичні взаємозв'язки та вік вихідних гаплотипів у цій місцевості

66 кб. Для всіх вікових розрахунків ми використовували коефіцієнт мутації 5,5 х 10 х 10/б.п./рік 34 із випущеними ненормальними годинниками та лінійну байєсівську модель Skyline з 10 групами. Дерева, найімовірніше, похідні від RAxML у. 7.8.6 35. Було проведено вісім незалежних аналізів BEAST для 100 мільйонів ітерацій, відбір проб через кожні 5000 кроків. Після перегляду в Tracer v1.6 33 результати незалежних експериментів поєднувались за допомогою LogCombiner v1.8.0 із опіком 20%. Потім в Трацері були реконструйовані сюжети Байєса, що підтвердило, що значення ESS були вище 200.

Для отримання числа копій генів AMY1, AMY2A та AMY2B ми використовували дані послідовності з високим охопленням для 480 особин із 125 популяцій світових зразків19. Підмножина з 68 зразків ДНК із Сибіру, ​​Південно-Східної Азії та Анд була додатково піддана аналізу співвідношення паралогів та мікросупутниковому аналізу для визначення зміни кількості копій у локусі AMY за допомогою методів, описаних в інших розділах 3. Інформована згода була отримана від усіх випробовуваних тут людей, а геномна робота над їх ДНК була схвалена комісіями з етики Інституту біологічних проблем Північно-Російської академії наук в Магадані (Декларація № 001)./011 від 21 січня 2011 р.) Та Комітету з етики досліджень етики AMIS-UPS, Університет Тулузи, Пол Сабатьє (Етичне схвалення № 005/011). Всі генетичні аналізи та маніпуляції з даними проводились відповідно до відповідних рекомендацій, затверджених Кембриджською комісією з етичних досліджень з питань етики (HBREC.2011.01).

Щоб визначити кількість копій AMY1, AMY2A та AMY2B за даними глибини зчитування, ми використовували метрику "відносного охоплення" (R), наведену в CG. Через те, що еталонний геном містить три гаплоїдні копії генів AMY1 (AMY1A, AMY1B, AMY1C), загальну кількість копій AMY1 на диплоїдний геном визначали за допомогою (R AMY1A/R AMY2B) × 6. Цей метод дав Пірсона коефіцієнт кореляції r = 0, 92 з результатами на основі тесту на паралогічне співвідношення AMY1. Всі 68 випробуваних зразків мали дві копії AMY2B за співвідношенням глибини зчитування та співвідношення паралогів. Номери копій AMY2A, отримані з результатів CG, показали коефіцієнт кореляції Пірсона r = 0,85 з результатами випробувань.

Для того, щоб виявити гаплотипи, проти яких відбувається делеція AMY2A (табл. 3), ми визначили фазу делецій AMY2A в контексті поетапних даних для 891 двійкових SNP в області Chr1: 104, 303, 310-104, 369, 301 (hg19 ). Спочатку ми оцінили генотип видалення AMY2A для кожної послідовної людини, віднявши виведений номер копії AMY2B з глибини зчитування з номера копії AMY2A. Зразки з однаковим або більшим числом копій AMY2A були призначені як гомозиготні носії делеції, особи з лише однією різницею - гетерозиготи, а особи з двома додатковими копіями AMY2B як гомозиготи для делеції. Бігль 4.1 36 був використаний для фазування гетерозиготних зразків та імітації зразків з відсутніми відомостями про AMY2A .

Детальніше

Як цитувати цю статтю: Inchley, CE та ін. Далі проводиться селективне підмітання генів амілази людини після розщеплення неандертальців. Наук. Респ. 6, 37198; doi: 10, 1038/srep37198 (2016).

Примітка видавця: Природа Спрінгера залишається нейтральною щодо вимог юрисдикції в опублікованих картах та інституційних асоціаціях.