Полные геномы шести видов человекообразных обезьян: новый эталон для изучения эволюции человека
Ученые собрали полные (теломера-к-теломере) референсные геномы для шести видов человекообразных обезьян: сиаманга, суматранского и борнейского орангутана, гориллы, бонобо и шимпанзе. Ранее недоступные из-за структурной сложности участки геномов теперь в основном разрешены.
Ресурс уже используется для сравнительных исследований, дающих новое понимание эволюции человека и обезьян, а также функциональных различий между видами. Отчет опубликован 9 апреля в журнале Nature.
Качество и значение сборки
- Каждый новый геном разрешен более чем на 99%, включая самые сложные участки.
- Качество сопоставимо с последними сборками генома человека, что устраняет систематические ошибки из-за превосходства человеческого референса в прошлых сравнениях.
- Для анализа построен 10-сторонний пангеном (шесть геномов обезьян + четыре генома человека) с межвидовым графом.
Ключевые открытия
- Выявлены генетические различия, связанные с иммунной системой, долголетием и развитием мозга, что может иметь значение для биомедицины.
- Исследованы механизмы видообразования обезьян, что ставит под сомнение некоторые устоявшиеся взгляды на их происхождение.
- Центромеры бонобо оказались значительно меньше, чем у шимпанзе, но полностью функциональны. Это может дать идеи для создания упрощенных искусственных хромосом для генной терапии.
Структурные вариации и эволюция
Особое внимание уделено сегментным дупликациям — повторам в ДНК, которые раньше не удавалось полностью охарактеризовать. Технологии длинного чтения (long-read sequencing) впервые сделали эти регионы доступными.
- Сегментные дупликации — источник генетических инноваций и играют большую роль в вариациях между видами обезьян, вызывая масштабные перестройки хромосом.
- Они обогащены в коротких плечах акроцентрических хромосом (13, 14, 15, 21, 22).
- Орангутаны имеют больше акроцентрических хромосом и сегментных дупликаций, чем африканские человекообразные обезьяны.
- Ученые обнаружили сотни белков-кодирующих генов, встроенных в эти дупликации и уникальных для каждого вида обезьян. Некоторые из них уже связаны с чертами, делающими человека уникальным, например, с увеличением мозга.
Быстро эволюционирующие регионы
Систематический поиск наиболее быстро эволюционирующих регионов в каждом виде приматов выявил:
- Более чем в два раза больше "Быстро эволюционирующих регионов предка человека" (Human Ancestor Quickly Evolving Regions), чем было известно ранее.
- Один из таких регионов содержит ген, связанный с типом клеток мозга в моторной коре (область, связанная с речью). У человека в этом регионе есть уникальный генетический контрольный элемент.
Будущие направления
- Заполнение последних сложных пробелов в сборках.
- Секвенирование геномов еще около 15 видов и подвидов обезьян для пополнения ресурса.
- Устранение смещения в аннотации генов в пользу человека, которое мешает изучению потенциально значимых генов у других видов.
- Изучение связи перестроек сегментных дупликаций с возникновением у человека таких состояний, как задержка развития, интеллектуальные нарушения и аутистические черты.
Как отметили авторы, новый ресурс дает эволюционные рамки для понимания высокодивергентных, ранее недоступных регионов генома обезьян и показывает, что перестройки сегментных дупликаций могут быть более важным источником межвидовых различий и потенциальной неофункционализации генов, чем считалось ранее.