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Science:運用新技術完成古老人類測序
更新時間:2012-09-20   點擊次數(shù):1595次

一個研究小組的科學家利用一個令人驚嘆的新技術,完成了一個古老的西伯利亞女孩31倍的基因組測序,這種新方法采用了一種新型的擴增單鏈DNA的技術。

這種精度令這一研究團隊能將這個生活在西伯利亞Denisova洞穴中,超過五萬年前的女孩的基因組,直接與現(xiàn)代活著的人類進行比較,獲得了一個造成我們與Denisovans人種(尼安德特人近親)之間少數(shù)基因的變化的“接近完整”的目錄,“這是作為一個現(xiàn)代人類的遺傳配方,”領導這一研究的,馬普進化人類學研究所的古人類遺傳學家Svante Pääbo說。

然而諷刺的是,利用僅留下一個小手指骨和兩顆牙齒的化石,完成的Denisovans這種高分辨率的基因組測序,是目前遺傳信息zui清晰的古人類基因組序列,也比具有數(shù)百個標本尼安德特人基因組研究成果更好。

研究人員證實了Denisovans與一些現(xiàn)代人類的祖先進行過交配,并且這個古人類遺傳多樣性小,這表明他們的小人群隨著現(xiàn)代人類的人口進一步的擴大,而逐漸減少。“Meyer 和他的同事革新了古人類DNA研究領域——再次,” 賓夕法尼亞大學進化生物學家Beth Shapiro說(未參與此次研究)。

Pääbo研究組曾在2010年,*次在這一領域中,報道了一份低覆蓋率(平均1.3個拷貝)的三個尼安德特人的綜合核基因組序列,他們發(fā)現(xiàn)歐洲人和亞洲人1%-4%的DNA,而不是非洲人,與尼安德特人相同,并得出結論:現(xiàn)代人類曾以較低水平與尼安德特人雜交。

短短7個月后,這一研究組又公布了來自Denisova洞穴中一個女孩的小指骨頭樣品的,1.9拷貝的基因組序列,他們發(fā)現(xiàn)這個女孩既不是尼安德特人,也不是一個現(xiàn)代人——雖然這兩個物種的骨骼也在這個洞被發(fā)現(xiàn)了。這是一個新出現(xiàn)的人種,他們稱之為Denisovan。研究小組發(fā)現(xiàn),在一些東南亞國家島嶼上出現(xiàn)了“Denisovan DNA”,并得出結論,他們的祖先也與Denisovans的祖先出現(xiàn)了雜交,可能發(fā)生在亞洲。

但是,這些基因組的質量太低,無法獲得一個可靠的基因差異圖譜。其中一部分原因是,古人類DNA是零碎的,而且大部分從骨骼中提取出來后,都分解成了單鏈DNA。

而Meyer的突破就在于研發(fā)了一種能通過單鏈DNA開始測序過程,而不用通常需要的雙鏈DNA的方法。

他們在單鏈的兩端加上了特殊分子,古人類DNA就放置代酶拷貝序列的位置。這樣獲得的結果能對女孩手指微少的10毫克樣品,進行6-22倍擴增,研究小組一次至少可以捕獲覆蓋99.9%的可繪制圖譜的核苷酸位點,超過92%的位點至少20倍,這被認為是一個可靠地識別位點的標準。31個拷貝中大約一半來自女孩的母親,一半來自她的父親,這樣就得到一個“與個近期人類基因組相當質量”的基因組,威斯康星 John Hawks 說(未參與研究)。

現(xiàn)在,這一古老基因組就明確了,Meyer和他的同事們發(fā)現(xiàn),Denisovans就像是現(xiàn)代人類一樣,有23對染色體,而不是像黑猩猩一樣的24對。通過比對Denisovans基因組和文獻中的人類基因組,研究小組計算出,Denisovan和現(xiàn)代人群是在17萬-70萬年前間分離開來的。

令Pääbozui興奮的是,不同人群之間基因差異的這個“幾乎完整的目錄”。其中包括了在過去約十萬年間,現(xiàn)代人類出現(xiàn)的111,812個單核苷酸變化。

在這些突變中,有8個基因與神經(jīng)系統(tǒng)的構架相關,包括那些參與神經(jīng)軸突和樹突的基因,以及與自閉癥有關的基因。Pääbo特別感興趣的是一個收到FOXP2基因調控的基因,F(xiàn)OXP2基因與言語障礙有關。這是“一個吸引人的推測:在現(xiàn)代人中也許出現(xiàn)了突觸傳遞的關鍵方面的變化,”研究組寫道。

34個基因與人類疾病相關聯(lián)。這份名單提出了一些基因表達研究的明顯候選基因。 “很酷的是,這不是一個天文數(shù)字般的大名單,”Pääbo說。 “在未來十年或二十年,我們的小組和其他人也許能分析這些基因。”

這項研究完成的測序內容完整,研究人員通過這些結果,就像是獲得了一個活生生的人的照片——例如,這個女孩有棕色的眼睛,頭發(fā)和皮膚。“沒有人想到,我們能以這種質量完成一個古老的人類基因組的序列測定,”德國馬普進化人類學研究所博士后Matthias Meyer說,“每個人都對這一數(shù)據(jù)感到震驚,其中也包括我。”

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