Simpansidel, nagu ka inimestel, sõltub järglaste mutatsioonide arv isa vanusest // Alexander Markov Scisne?

Joonis fig. 1. Inimese lähisugulastel - šimpansid ja bonobos ( fotol ) - naised paarituvad sageli mitmete meessoostega järjest. See toob kaasa sperma taseme (sperma sõdade) meeste vahelise konkurentsi, mis omakorda aitab kaasa spermatogeneesi valikule munandite suurenemise ja spermatogeneesi intensiivistumise jaoks. Võib-olla suureneb šimpanside sperma rakkude mutatsioonide arv meessoost ühe ja poole korra võrra kiiremini kui inimestel. Fotod kevishere.files.wordpress.com-st

Üheksa sama perekonna kolm põlvkonda esindava šimpansi genoomide analüüs näitas, et lähima inimese sugulaste keskmine mutatsioonikiirus on umbes sama, mis meie: umbes 1,2 × 10–8 per nukleotiid ühe põlvkonna kohta, mis vastab umbes 70 uuele mutatsioonile igas cub. Sarnaselt inimestega ei sõltu järglaste uute mutatsioonide arv ema vanusest, vaid sõltub suuresti isa vanusest kontseptsiooni ajal: iga isa poolt elav lisaaasta lisab oma järeltulijatele keskmiselt kolm mutatsiooni (inimestel kaks). See erinevus on tõenäoliselt tingitud sperma intensiivsemast tootmisest šimpansidel, kus naised paarituvad paljude meessoostega järjest, mis põhjustab "sperma sõdu".

Mutageneesi määr on üks peamisi näitajaid, mis määravad evolutsiooniliste muutuste dünaamikat. Kuni viimase ajani arvutati see väärtus kaudsete märkide abil: näiteks võrreldi rühmade ilmumise aega paleontoloogiliste andmete põhjal nende genoomide erinevuste tasemega (vt. Molekulaarne kell ). Viimastel aastatel on tänu võimekate uute meetodite väljatöötamisele genoomide järjestamiseks (vt. \ T DNA järjestus: järgmise põlvkonna meetodid ) oli võimalik mõõta mutageneesi kiirust otseselt vanemate ja nende järeltulijate genoomide võrdlemise teel.

Seda tehnoloogiat on inimestele juba rakendatud. Nii avaldas 2012. aastal ajakirjas Nature välja 78 Islandi perekonna - kolmekordse - täiskasvanute analüüsi tulemused, mis koosnesid isast, emast ja lapsest (A. Kong et al., 2012. Haiguse riski määr ). Uuring näitas, et mutageneesi määr on umbes 1,2 × 10–8 nukleotiidi kohta põlvkonna kohta. Kogu genoomi puhul tähendab see, et iga laps saab vanematelt keskmiselt 74 uut mutatsiooni.

Need arvud osutusid ootamatuteks, sest kaudsed hinnangud, mis põhinevad filogeneetilistel rekonstruktsioonidel ja paleontoloogilistel andmetel, viitasid inimese mutageneesi kahekordse kiiremini. Ilmselt on lahknevuse põhjuseks see, et suurtel ahvidel pärast nende eraldamist teistest primaatidest oli mutatsiooni kiirus märkimisväärselt vähenenud (ühe aasta kohta). Vähenemine võib olla seotud reproduktsiooniaegade suurenemisega ja idurakkude moodustumise aeglustumisega. Kui uued andmed on õiged (ja seda muutub üha keerulisemaks, kui uued väljaanded muutuvad kättesaadavaks), võivad paljud antropogeneesi põhipunktide andmed nõuda vananemise suunas läbivaatamist. Näiteks võib inim- ja šimpansijoonte vahelist lahknevust, mis eelmiste hinnangute kohaselt toimus 6–7 miljonit aastat tagasi, viia viimase 10–13 miljoni aasta eest tagasi. Tõsi, on palju nüansse, millest üks on see, et "molekulaarse kella" poolt määratud paljude objektiivsete põhjuste tõttu genoomide hajutamise aeg võib olla minevikus sügavam kui tegeliku spekulatsiooni aeg (populatsioonide eraldamine). Lisateavet selle kohta leiate artiklist: A. Scally, R. Durbin, 2012. Inimese arengutaseme muutmine (PDF, 812 Kb).

Teine oluline tulemus, mis saadi inimese perekondade täieliku genoomianalüüsi käigus, on see, et isa ja ema annavad ebavõrdse panuse lapsele vanematelt saadud kogu "mutatsioonilise koormuse" vastu. Lapsest saadud uute mutatsioonide koguarvust saab ta umbes 15 oma emalt ja kogu ülejäänud isalt. Samal ajal ei sõltu lapse uute mutatsioonide arv peaaegu ema vanusest, kuid kasvab väga kiiresti isa vanusega. Iga täiendav isa eluaasta lisab lapsele kaks uut mutatsiooni.

See on seletatav asjaoluga, et naistel toimub küpsema muna tekkimisest kuni valmimiseni ainult 24 rakkude jagunemist ja 23 kromosoomide replikatsiooni toimingut (kromosoomid ei kahekordistunud enne teist mioosi jaotust). Naiste sugurakkude kromosoomide replikatsioon lõpeb isegi loote arengu ajal ning naise elu jooksul ei muutu tema idurakkude kromosoomid enam. Seega ei esine neis mutatsioonide arv peaaegu peaaegu, sest enamus idurea rakkude mutatsioonidest on replikatsioonivead.

Meestel on olukord erinev. Spermatosoidide progeneraatorrakud jagunevad kogu täiskasvanuea jooksul, läbides üksikannus iga 16 päeva järel (23 jaotust aastas) pärast puberteedi jõudmist. Arvatakse, et 15-aastase mehe sperma läbis umbes 35 rakkude jaotust, 20-aastane - 150, 30-aastane - 380, 40-aastane - 610, 50-aastane - 840. Iga replikatsiooniakt on oht täiendavate mutatsioonide tekkeks, seega vanemad mees, seda rohkem mutatsioone tema spermas (JF Crow, 2000. Inimese spontaanse mutatsiooni algus ). A. Kondrashov rääkis neid fakte ja uuringuid üksikasjalikult intervjuus, mis avaldati Elements (Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina). Elu ilma valikuta: hea või ohtlik? ).

Ja siin saime lõpuks võimaluse võrrelda Homo sapiens'i ja meie lähimate sugulaste - šimpansi - mutatsiooniprotsessi parameetreid. Geneetika Ühendkuningriigist ja Hollandist sekveneeris ja võrdles ühest sugukonnast pärinevate üheksa šimpanside täielikku genoomi sama perekonna kolmest põlvkonnast (joonis 2).

Väikesest proovist hoolimata (sellised uuringud on endiselt äärmiselt kulukad ja aeganõudvad) võimaldasid saadud andmed hinnata šimpanside mutageneesi peamisi kvantitatiivseid omadusi.

Autorid arvutasid uusi mutatsioone kuues üksikisikus, nimelt need, mille jaoks olid teada vanemgenoomsed: D, E, F, G, H, I. Kokku leidsid nad autosoomides 204 uut ja X kromosoomi. Leitud mutatsioonide hulgast moodustab märkimisväärne osa (24%) C-dinukleotiidide T (C> T-siirdete) C-asendustest (vt. CpG sait ). Inimestel moodustavad sellised asendused 17% vastloodud mutatsioonidest.

Äsja esinevad mutatsioonid ei ole genoomis ühtlaselt jaotunud: nad kipuvad klastruma. Teisisõnu, kui replikatsiooni käigus tekkis lookuses mutatsioon, suureneb kusagil naabruses kusagil naabruses samasuguses replikatsiooniaktis esinev tõenäosus. Sarnaseid mudeleid on leitud inimestel, kelle põhjused on veel selgeks tehtud. Samal ajal ei sõltu uue mutatsiooni tõenäosus selle DNA segmendi “semantilisest sisust”, olgu see siis ainulaadne või korduv järjestus, geen või intergeenne vahe.

Enamiku tuvastatud mutatsioonide puhul võisid autorid määrata (mutatsiooni läheduses olevate polümorfismide kogumi järgi), kas see saadi isalt või emalt. Selgus, et šimpansidel, nagu inimestel, kannavad isad emadega võrreldes genoomid oma lastele, mis on palju tugevamad kui mutatsioonid. Isad mutatsioonid olid 5,5 korda suuremad kui emasloomadel (inimestel 3,9 korda).

Nagu inimestel, ei sõltu šimpansiis uute mutatsioonide arv ema vanusest (ema igas vanuses edastab vasikat keskmiselt 6,7 uut mutatsiooni), kuid samal ajal kasvab see isa vanusega kiiresti. See sõltuvus isegi sellises väikeses proovis oli statistiliselt oluline. Inimestel lisab iga isa elu iga aasta, alates puberteedist, järeltulijatele keskmiselt 1,95 uut mutatsiooni ja šimpansidel lisab see 3,02. Erinevus on tõenäoliselt abielusuhte struktuuri tõttu. Šimpansi kogukondades ei ole naistel tavaliselt lojaalsust ühe isase suhtes, kes aitab kaasa "sperma sõdadele" ja intensiivsema spermatogeneesi valikule (vt joonis 1).

Kui see eeldus on õige, tuleks eeldada, et gorillad koos nende haremite süsteemiga, naissoost truudus, sperma sõdade ja väikeste munandite puudumine peaksid suurendama isasloomade sperma rakkude mutatsioonide arvu kui šimpansidel ja inimestel.

Mutantide keskmise kiiruse hindamiseks šimpansides pidid autorid arvestama vangistuses elavate šimpansi grupi ja looduslike sugulaste vahelise olulise erinevusega. Vangistuses hakkavad šimpansid harilikult kasvama varases eas kui looduses. Tundub, et see on seotud hierarhiliste, konkureerivate suhetega looduslike šimpansi kogukondades, kus noortel on harva lubatud osaleda aretuses. Igatahes on uuritud šimpansi perekonnas keskmine isaduse vanus (see tähendab meeste keskmine vanus noore kontseptsiooni hetkel) 18,9 aastat ja keskmine "emadus" on 15,0 aastat. Metsiku šimpansi populatsioonide puhul on need arvud palju kõrgemad: 24,3 meestel ja 26,3 naistel. Kaasaegsetes inimestes on isaduse keskmine vanus veelgi suurem: umbes 31,5 aastat. Teisisõnu, metsikutest šimpansides on noored meeste kontseptsiooni hetkel mehed keskmiselt vanemad kui uuritud populatsioonis, mis tähendab, et nende järglastel peaks olema rohkem mutatsioone. Arvestades seda ja mitmeid teisi parandusi, arvasid autorid, et uute autosomaalsete mutatsioonide keskmine arv looduslike šimpansi puhul peaks olema umbes 69 ja mutageneesi kiirus peaks olema 1,2 × 10–8 nukleotiidi kohta põlvkonna kohta (nagu inimestel).

Kui need hinnangud on õiged (tuletage meelde, et need põhinevad väga väikesel valimil ja neid saab tulevikus märkimisväärselt täiustada) ja kui mutageneesi kiirus ei ole pärast šimpansi ja inimeste esivanemate vahelist lahknevust oluliselt muutunud, siis saab molekulaarsete kellade meetodit kasutades uuesti proovida inimese ja šimpansi viimase ühise esivanema eluiga. Autorid tegid seda ja said tulemuse: 13 miljonit aastat tagasi. Teised autorid on hiljuti jõudnud sarnaste hinnangute juurde (K. Langergraber jt, 2012. Chimes ja gorillad ).

Kuid uurimise kõige intrigeerivam tulemus on viide ühiskonna struktuuri ja abielusuhte mõju võimalusele molekulaarse evolutsiooni kiirusele. Mõju võib olla kahekordne: esiteks sõltub järglaste mutatsioonide arv sellest, millisel vanusel mehed hakkavad aretuses osalema ja mida omakorda määravad mitte ainult füsioloogia, vaid ka sotsiaalne struktuur ja kultuuritraditsioonid. Teiseks, "sperma sõjad", mis on iseloomulikud paljutõotavatele kogukondadele, aitavad kaasa spermatogeneesi valikule intensiivistamiseks, mis võib kaasa tuua spermatosoidide mutatsioonide arvu kiirenemise meessoost vanusega.

Allikas: Oliver Venn, Isaac Turner, Iain Mathieson, Natasja de Groot, Ronald Bontrop ja Gil McVean. Tugev meessoost eemale tõmbab idutee mutatsiooni šimpansides // Teadus . 2014. V. 344. P. 1272–1275.

Alexander Markov
"Elemendid"