研讨提出新办法重塑史古人类基因交流与演变模子

起源：上海养分与安康研讨所 2021-11-04 12:48

《自然-通信》（Nature Communications）在线颁发了中国迷信院上海养分与安康研讨所/复旦年夜学徐书华团队题为Refining models of archaic admixture in Eurasia with ArchaicSeeker 2.0的研讨论文。该任务提出了基于隐马尔科夫模子（Hidden Markov Model）的盘算阐发新办法ArchaicSeeker 2.0。相比之前的办法，新办法能更无效地检测和量化近缘种的基因交流，并在更精密标准上重构简单的基因交流汗青；该办法也实用于非人类物种的数据阐发。研讨团队利用新办法阐发了公共开放数据库中的人群基因组数据，重塑了欧亚年夜陆以及年夜洋洲当代人类（modern humans）史前与远前人类（archaic hominins）的基因交流模子偏重构了当代人类的史前演变汗青。

近年来的研讨发现，当代人类的祖先在“走出非洲”、向环球摸索的征途中，能够与先期抵达的前人类打仗并共存了相称长的时期，在此时代发生了基因交流。此中，有代表性的前人类是今朝已知的尼安德特人和丹尼索瓦人。尽管这些前人类作为物种在3万年前均走向灭尽，但他们的基因片断却分布在包含咱们本人在内的现存人类的基因组中。然而，今朝几个症结成绩尚待探求：（1）若何在当代人类基因组中精确辨认出这些前人类的基因片断？（2）研讨这些基因片断是否可以提醒呈现代人类与前人类的族群融合史？（3）通过对从前人类遗传融合的阐发视角，从新扫视恒久以来树立的人类演变模子，是否应修正或许改动咱们对当代人类演变汗青的认知？（4）与前人类的遗传融合对当代人类和表型多样性发生什么影响？特殊是这些前人类基因片断具备什么样的退化和医学意义？基于此，研讨团队在后期研讨根底上提出了新办法ArchaicSeeker 2.0，并应用该办法阐发和探讨了东亚、南亚、欧洲及年夜洋洲的当代人群与尼安德特人、丹尼索瓦人之间基因渐渗、独特演变的汗青重构等系列成绩。研讨团队进一步将该办法利用于阐发环球人群基因组公共数据，从当代人类基因组中检测远前人类的基因序列并在更精密的标准上重构史古人类在欧亚年夜陆的迁移和基因交流汗青。

已经产生在史前的基因交流可视为远前人类对当代人类的基因渗入或遗传渐渗（genetic introgression）。从当代人类基因组序列中征采和鉴定远前人类基因片断难度较年夜，而基于1~2%的基因渗入信息揣摸史古人类产生的汗青则更具挑战。研讨团队为此设计出一种寻觅远前人类基因渗入片断，基于渗入片断长度揣摸远前人类基因渗入汗青的办法——ArchaicSeeker 2.0（图1）。相比于其他办法，ArchaicSeeker 2.0具备共同劣势性能，并在盘算机模拟数据和试验数据阐发中获得了体系的评价与确证。成果标明，在远前人类基因片断的断定方面，ArchaicSeeker 2.0精确率超过90%，而误判率约为0.14%。在简直一切的模拟试验中，至多80%以上揣摸的前人类片断均能被婚配至正确的祖先上。此外，ArchaicSeeker 2.0在遗传混合变乱次数、基因渗入比例和遗传融合产生的光阴估量上也有优越表示。ArchaicSeeker 2.0对远前人类基因渗入片断精准而高效地检测以及对渗入汗青的精确揣摸，有助于研讨当代人类和远前人类的混合汗青重构。

ArchaicSeeker 2.0办法基于远前人类渗入基因片断的长度散布来揣摸渗入汗青，该办法不仅能无效估量基因渗入光阴，也能对渗入变乱产生次数进行更精确地估量。应用ArchaicSeeker 2.0办法，研讨团队对东亚、南亚、欧洲、年夜洋洲以及当代亚欧人类祖先乌斯特-伊斯姆人与尼安德特人、丹尼索瓦人的混应时间、次数进行估量。联合考古学证据，研讨职员从时空标准上重构了当代人类和远前人类的遗传融合汗青。此外，以往对于前人类与当代人类混合的研讨，年夜多基于当代人类“单次出非洲”的模子。然而，科研职员发现，“单次出非洲”模子与当代人类史前和其他前人类如尼安德特人、丹尼索瓦人等的混应时间与次数存在矛盾。今朝的数据必要至多两次出非洲迁徙变乱能力较好地解释。一次较早的“出非洲”迁移产生在距今约6~12万年前，而较晚近的一次产生在距今6万年当前。

基于ArchaicSeeker 2.0对前人类基因渗入片断精准高效地评价，研讨还阐发了环球近300个当代人群中远前人类基因渗入序列功效及其散布特色，发现它们富集于免疫、体重（ZNF169 ）、心肺功效（HHAT ）、紫内线相应和碳水化合物的代谢（HYAL1、HYAL2、HYAL3 ）等相关功效基因区域。除去这些远前人类渗入片断富集区域，研讨团队还检测到了84个完整缺乏前人类基因片断的“渐渗戈壁”区域。而在这些“渐渗戈壁”区域中，显着富集了与皮肤发育和角化功效无关的基因。这些发现为提醒远前人类基因序列渗入对当代人类影响提供了线索，并为进一步研讨渗入基因片断的生物学功效以及远前人类渐渗对当代人类退化的影响提供了候选基因和研讨靶标。(100yiyao.com）