Геномное исследование коренных африканцев рисует сложную картину происхождения человека и локальной адаптации

Новый анализ 180 коренных африканцев из 12 этнически, культурно, географически и лингвистически разнообразных популяций дает новые представления об истории и биологии человека и может помочь в развитии персонализированной медицины.

Исследование, опубликованное в журнале Cell под руководством ученых из Пенсильванского университета, проясняет историю миграций человека и предоставляет генетические свидетельства адаптации к местной среде, проявляющейся в таких признаках, как цвет кожи, развитие сердца и почек, иммунитет и рост костей.

Поскольку африканские популяции были недостаточно представлены в геномных исследованиях, эта работа значительно расширяет знания о генетическом разнообразии человека. Исследование выявило миллионы новых геномных вариантов — однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), включая многие, которые, по-видимому, играют роль в здоровье.

Происхождение и миграции

Исследователи получили полные последовательности геномов 180 человек — по 15 из каждой из 12 коренных популяций. Это первое исследование, в котором проведено строгое полногеномное секвенирование такого генетически разнообразного набора африканских групп.

Популяции представляют все четыре языковые семьи Африки: афразийскую, нило-сахарскую, нигер-конго и койсанскую. Создав глобальное генеалогическое древо, команда обнаружила, что южноафриканская койсаноговорящая группа сан, а также охотники-собиратели Центральной Африки оказались у корня древа. Это новый результат; предыдущие анализы указывали только на сан как на потомков древнейших популяций.

Сан и группы охотников-собирателей Центральной Африки отделились друг от друга и от других известных популяций более 200 000 лет назад. Модели также выявили свидетельства существования ныне вымершей «призрачной» популяции, которая могла смешиваться с другими группами.

Геномика подтвердила лингвистические теории: все койсаноговорящие группы, возможно, имели общее происхождение в Восточной Африке и имели более недавний генный обмен в последние 10 000 лет.

Новообнаруженное генетическое разнообразие человека

В вновь секвенированных геномах идентифицировано 32 миллиона SNP, включая более 5 миллионов, ранее не занесенных в каталоги.

Многие варианты, обнаруженные у африканских участников исследования, были классифицированы в клинических базах данных как патогенные. Это подчеркивает острую необходимость включения этнически разнообразных популяций в генетические исследования, поскольку редкость варианта является одним из критериев определения его патогенности.

Анализ выявил варианты, связанные с локальной адаптацией:

• У сан найдено много SNP рядом с геном PDPK1, влияющим на пигментацию. Эксперименты на клетках кожи в чашке Петри подтвердили, что один из этих вариантов снижает уровень пигмента меланина.
• У охотников-собирателей Центральной Африки обнаружено множество вариантов рядом с генами, связанными с ростом костей, что может объяснять их низкий рост — адаптацию к жизни в густом тропическом лесу.
• У скотоводов Восточной Африки найдено обогащение вариантами рядом с генами, влияющими на развитие и функцию почек, что может быть адаптацией к засушливым условиям.
• У охотников-собирателей хадза в Восточной Африке обнаружено уникальное обогащение вариантами рядом с генами, участвующими в развитии сердца.
• У групп с нигер-конго ancestry, предков большинства афроамериканцев, найдены варианты генов, связанные с контролем артериального давления.

Эти данные могут помочь понять генетические факторы риска распространенных заболеваний, таких как гипертония и диабет, у людей африканского происхождения, и в будущем информировать подходы персонализированной медицины.