I chimpanser, som hos mennesker, afhænger antallet af mutationer i afkommet af faderens alder • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, etologi

I chimpanser, som hos mennesker, afhænger antallet af mutationer i afkommet af faderens alder.

Fig. 1. Den nærmeste slægtninge til en person er chimpanser og bonoboer (på billedet) – Kvinder er ofte sammen med flere mænd på række. Dette fører til konkurrence mellem mænd på sædniveauet ("sædkrige"), hvilket igen bidrager til udvælgelsen af ​​spermatogenese til en stigning i testiklerne og intensiveringen af ​​spermatogenese. Måske er det derfor, antallet af mutationer i sædceller i chimpanser øges med den mandlige alder en og en halv gange hurtigere end hos mennesker. Billeder fra kevishere.files.wordpress.com

En analyse af genomerne af ni chimpanser, der repræsenterer tre generationer af samme familie, viste, at den gennemsnitlige mutationsrate for personens nærmeste familie er omtrent den samme som vores: ca. 1,2 × 10-8 pr. nukleotid pr. generation, hvilket svarer til ca. 70 nye mutationer i hver ung. Som mennesker er antallet af nye mutationer i afkomene ikke afhængig af moderens alder, men afhænger stærkt af faderns alder på befrugtningstidspunktet: hvert ekstra år, som faderen har, tilføjer sine efterkommere et gennemsnit på tre mutationer (hos mennesker – to). Denne forskel skyldes mest sandsynligt den mere intensive produktion af sæd fra chimpanser, hvor hunner er sammen med mange mænd på række, hvilket giver anledning til "sædkrige".

Mængden af ​​mutagenese er en af ​​nøgleindikatorerne, der bestemmer dynamikken i evolutionære ændringer. Indtil for nylig blev denne værdi beregnet ved indirekte tegn: For eksempel sammenlignede de tidspunktet for udseende af grupper, estimeret ud fra paleontologiske data, med niveauet af forskelle mellem deres genomer (se molekylære timer). I de senere år er det blevet muligt at måle mutagenesehastigheden direkte ved at sammenligne forældre og deres efterkommers genomer.

Denne teknologi er allerede blevet anvendt på mand. Så i 2012 i tidsskriftet natur Resultaterne af en fuldstændig genomanalyse af 78 islandske "triple" familier bestående af en far, en mor og et barn blev udgivet (A. Kong et al., 2012. Rate of de novo mutationer og sygdomsrisici. Undersøgelsen viste, at mutagenesen er ca. 1,2 × 10-8 pr. nucleotid pr. generation. Med hensyn til hele genomet betyder det, at hvert barn i gennemsnit modtager 74 nye mutationer fra deres forældre.

Disse tal viste sig at være uventede, da indirekte estimater baseret på fylogenetiske rekonstruktioner og paleontologiske data foreslog en to gange højere humane mutagenesehastighed.Årsagen til uoverensstemmelsen er tilsyneladende, at der i de store aber efter deres adskillelse fra andre primater var et signifikant fald i mutationshastigheden (pr. Et år). Faldet kunne være forbundet med en stigning i alderen for reproduktionens begyndelse og med en afmatning i dannelsen af ​​kimceller. Hvis de nye data er korrekte (og det bliver sværere at tvivle på dette som nye publikationer vises), så kan mange datings af de vigtigste punkter i antropogenese kræve revision mod aldring. For eksempel er uoverensstemmelsen mellem linjerne af mennesker og chimpanser ifølge tidligere estimater 67 millioner år siden, kan det flyttes tilbage til de sidste 10 år13 millioner år siden. Det er sandt, at der er mange finesser, hvoraf den ene er, at tidspunktet for genomets divergens bestemmes af "molekylet uret" på grund af en række objektive grunde kan være dybere i fortiden end tidspunktet for ægte speciering (adskillelse af befolkninger). For mere om dette, se artiklen: A. Scally, R. Durbin, 2012. Revisér (PDF, 812 Kb).

Et andet vigtigt resultat opnået i løbet af en fuldgenetanalyse af menneskelige familier er, at faderen og moderen gør et ulige bidrag til den samlede "mutationsbyrde" modtaget af barnet fra forældrene.Af det samlede antal nye mutationer modtaget af barnet, får han omkring 15 fra sin mor og resten fra sin far. Samtidig afhænger antallet af nye mutationer i et barn næsten ikke af moderens alder, men vokser meget hurtigt med faderens alder. Hvert ekstra år af faderens liv tilføjer ca. to nye mutationer til barnet.

Dette forklares ved, at kun kvinder fra opfattelse til dannelse af et modent æg finder kun 24 celledele og 23 kromosomreplikationshandlinger sted (kromosomer fordobles ikke før anden division af meiosi). Replikation af kromosomer af kvindens kimlinie slutter selv under fosterudvikling, og i kvindens liv replikerer kromcellerne fra sine kimceller ikke længere. Således vokser antallet af mutationer i dem næsten ikke, fordi størstedelen af ​​mutationer i germline cellerne er replikationsfejl.

Hos mænd er situationen anderledes. Progenitorceller af sædceller er opdelt i voksenlivet, som gennemgår en division hver 16 dage (23 divisioner om året), når de når puberteten. Det antages, at en 15-årig sædceller undergået ca. 35 celledele, 20 årige – 150, 30-årige – 380, 40-årige – 610, 50-årige – 840.Hver handling af replikation er en risiko for yderligere mutationer, derfor jo ældre en mand, jo flere mutationer i hans sæd (J.F. Crow, 2000. Oprindelsen af ​​menneskelig spontan mutation). A. Kondrashov talte detaljeret om disse fakta og studier i et interview offentliggjort om Elements (Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina. Liv uden valg: God eller fare?).

Og her fik vi endelig mulighed for at sammenligne parametrene for mutationsprocessen Homo sapiens og vores nærmeste familie er chimpanser. Genetik fra Storbritannien og Nederlandene sekventeres og sammenlignede de fulde genomer af ni chimpanser fra tre generationer af samme familie (figur 2).

Fig. 2. Stamtavle af ni chimpanser anvendt i undersøgelsen. Mænd er udpeget ved kvadrater, kvinder – i cirkler. For hver enkelt person er "dybden" (dvs. kvaliteten) af sekventering (se Deep sequencing) og fødselsdatoen angivet (enkeltpersoner A og B blev født ud af det vilde, derfor blev deres fødselsdatoer bestemt omtrent, de andre blev født i zoologisk have). Billede fra artiklen i diskussion Videnskab

På trods af den lille prøve (sådanne undersøgelser forbliver stadig yderst dyre og tidskrævende), tillod de opnåede data os at estimere ca. de vigtigste kvantitative egenskaber ved chimpanse mutagenese.

Forfatterne beregnede nye mutationer hos seks individer, nemlig dem, for hvilke de forældrede genomer var kendt: D, E, F, G, H, I. I alt fandt de 204 nye mutationer i autosomer og tre i X-kromosomet. Blandt de fundne mutationer består en betydelig andel (24%) af C-substitutioner for T (C> T-overgange) i CG-dinucleotider (se CpG-sted). Hos mennesker udgør sådanne udskiftninger 17% af nyopståede mutationer.

Nyligt forekommende mutationer er ikke ret jævnt fordelt på tværs af genomet: de har tendens til at klynges. Med andre ord, hvis en mutation opstod i et locus i løbet af replikationen, øges sandsynligheden for, at en anden forekommer et sted i samme replikeringshandling et eller andet sted i kvarteret. Lignende mønstre er fundet hos mennesker, hvis årsager endnu ikke skal afklares. Samtidig afhænger sandsynligheden for en ny mutation ikke af det "semantiske indhold" af dette DNA-segment, uanset om det er en unik eller gentagen sekvens, et gen eller et intergenrum.

For de fleste af de identificerede mutationer formåede forfatterne at bestemme (ved sæt af polymorfier i nærheden af ​​mutationen), om det var opnået fra faderen eller fra moderen. Det viste sig, at i chimpanser, som hos mennesker, fedre, sammenlignet med mødre, overfører genomer til deres børn,Meget stærkere forkælet mutationer. Der var 5,5 gange flere paternal mutationer end modermutationer (3,9 gange hos mennesker).

Ligesom hos mennesker er antallet af nye mutationer i chimpanser ikke afhængig af moderens alder (moderen på alle alder overfører en kalve i gennemsnit 6,7 nye mutationer), men samtidig vokser den hurtigt med farens alder. Denne afhængighed selv i en så lille prøve var statistisk signifikant. Hos mennesker giver hvert ekstra år af faderens liv, der begynder ved pubertet, et gennemsnit på 1,95 nye mutationer til efterkommere, og i chimpanser tilføjer det 3,02. Forskellen skyldes sandsynligvis strukturen af ​​ægteskabsforholdet. I chimpanser samfund har kvinder normalt ikke loyalitet over for en mand, som bidrager til "sædkrige" og valg til mere intensiv spermatogenese (se figur 1).

Hvis denne antagelse er korrekt, bør man forvente, at gorillerne med deres harem-system, kvindelig troskab, mangel på sædkrige og små testikler burde øge antallet af mutationer i sædceller med mandens alder end hos chimpanser og mennesker.

For at estimere den gennemsnitlige mutagenese i chimpanser måtte forfatterne tage højde for den vigtige forskel mellem den studerede gruppe af chimpanser, der lever i fangenskab og vilde slægtninge.I fangenskab begynder sjimpanser normalt at yngle i en tidligere alder end i naturen. Dette ser ud til at være relateret til hierarkiske, konkurrencedygtige forhold i naturlige chimpanser samfund, hvor teenagere sjældent får lov til at deltage i avl. Alligevel er den gennemsnitlige "faderskabsalder" (det vil sige den gennemsnitlige alder af mænd på det tidspunkt, hvor unges opfattelse befandt sig) 18,9 år, og den gennemsnitlige "alder af moderskab" er 15,0 år. For vilde chimpansepopulationer anslås det, at disse tal er meget højere: 24,3 for mænd og 26,3 for kvinder. I moderne mennesker er gennemsnitsalderen for fædre endnu højere: ca. 31,5 år. Med andre ord, i vilde chimpanser, er mænd i ungdomsbegreb i gennemsnit ældre end i den studerede befolkning, hvilket betyder, at deres afkom skal have flere mutationer. Under hensyntagen til dette og en række andre ændringer beregnede forfatterne, at det gennemsnitlige antal nye autosomale mutationer i vilde chimpanser skulle være ca. 69, og mutagenesehastigheden skal være 1,2 × 10-8 pr. nucleotid pr. generation (som hos mennesker).

Hvis disse estimater er korrekte (husk at de er baseret på en meget lille prøve og kan blive væsentligt raffineret i fremtiden), og hvis mutagenesehastigheden ikke har haft signifikante udsving siden tiden for divergens mellem forfædrene af chimpanser og mennesker,derefter kan du bruge metoden for molekylære klokker til at prøve at estimere levetiden for den sidste fælles forfader for mennesker og chimpanser. Forfatterne gjorde dette og fik resultatet: 13 millioner år siden. Andre forfattere har for nylig kommet til lignende estimater (K. Langergraber et al., 2012. Generationstider i vilde chimpanser og gorillaer foreslår tidligere divergenser).

Men stadig er det mest spændende resultat af undersøgelsen en indikation af muligheden for indflydelse af samfundets struktur og ægteskabsforhold på molekylær evolutionens hastighed. Indflydelsen kan være todelt: For det første afhænger antallet af mutationer i afkommet af den alder, hvor mændene begynder at deltage i reproduktion, og som igen afgøres ikke kun af fysiologi, men også af social struktur og kulturelle traditioner. For det andet bidrager "sædkrig" karakteristisk for promiskuøse samfund til udvælgelse af spermatogenese til intensivering, hvilket kan føre til en accelereret forøgelse af antallet af mutationer i spermatozoer med mandens alder.

Kilde: Oliver Venn, Isaac Turner, Iain Mathieson, Natasja de Groot, Ronald Bontrop og Gil McVean. Stærke mænds bias drev germline mutation i chimpanser // Videnskab. 2014. V. 344. P. 1272-1275.

Se også:
Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina. Liv uden valg: god eller fare?.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: