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Science:人类基因突变地图

来源:生物谷 2015-08-11 10:18

2015年8月11日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,刊登在国际著名杂志Science上的一篇研究论文中,来自华盛顿大学的研究人员通过研究表示,不同种族个体之间的遗传差异或许主要取决于名为基因拷贝数变异(CNVs)的结构元件,相比其它基因特性,比如单核苷酸突变(SNVs)而言,基因的拷贝数变异此前并没有被科学家们仔细研究过,因为研究者很难对基因拷贝数变异进行遗传测序。

文章中研究人员对236名个体进行研究,分析了参与者的基因拷贝数变异(CNVs)和单核苷酸突变(SNVs),研究者表示,基因拷贝数变异的中等大小被鉴别为7396个碱基对,随后他们对每一个基因组都进行了深入细致地测序研究并且获得了大量的基因组数据;利用测序数据研究人员就可以重建大约20万年前的人类祖先的基因组,并且将其同黑猩猩和猩猩的相关基因组序列进行对比。

对比分析后研究者发现,在远古的人类祖先的基因组中至少有4000万个额外的DNA碱基对,而这些碱基对在现代人的基因组中并未发现,这些序列中的一部分保留在多个现代非洲人机体中,这就说明额外序列的缺失或许是人类从非洲大陆迁移出去所造成的。

研究者Eichler及其同事将现代人类基因组同三名古代谱系人类的基因组进行对比,同时也和两种灭绝的种类的谱系进行了对比,即穴居人和Denisova人;结果发现,相比单核苷酸突变而言,基因的拷贝数变异是前者的7倍多样性来源。当基因的拷贝数变异事件发生较少时,两个个体之间的碱基对数量是不同的,而且其很大程度上取决于基因的拷贝数变异,尤其是在重复的区域中,基因拷贝数变异(CNVs)和单核苷酸突变(SNVs)之间的不同很可能会随着新型测序平台的建立而不断扩大,这就可以帮助理解人类的遗传突变。

基因拷贝数变异的复制是最大多样性产生的来源,而相比进行CNV的剔除而言,这些特性影响基因表达的可能性是前者的4倍,这就表明复制的选择和剔除或许会通过进化表现出较多的不同,同时研究者还发现,在非非洲的人群基因组中CNV对基因组的多样性影响较大。

最后研究者表示,下一步他们将对比不同现代人群的特殊CNV位点来确定正向和负向的选择同时将其同疾病发病风险相关连,本文研究揭示了进化如何对不同的基因组元件起作用,但目前研究者仍然需要投入更多的精力去研究来理解人类基因组中的哪种CNV是无作用的或者是有害的。(生物谷Bioon.com)

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Global diversity, population stratification, and selection of human copy number variation

Peter H. Sudmant1, Swapan Mallick2,3, Bradley J. Nelson1, Fereydoun Hormozdiari1, Niklas Krumm1, John Huddleston1,39, Bradley P. Coe1, Carl Baker1, Susanne Nordenfelt2,3, Michael Bamshad4, Lynn B. Jorde5, Olga L. Posukh6,7, Hovhannes Sahakyan8,9, W. Scott Watkins10, Levon Yepiskoposyan9, M. Syafiq Abdullah11, Claudio M. Bravi12, Cristian Capelli13, Tor Hervig14, Joseph T. S. Wee15, Chris Tyler-Smith16, George van Driem17, Irene Gallego Romero18, Aashish R. Jha18, Sena Karachanak-Yankova19, Draga Toncheva19, David Comas20, Brenna Henn21, Toomas Kivisild22, Andres Ruiz-Linares23, Antti Sajantila24, Ene Metspalu8,25, Jüri Parik8, Richard Villems8, Elena B. Starikovskaya26, George Ayodo27, Cynthia M. Beall28, Anna Di Rienzo18, Michael Hammer29, Rita Khusainova30,31, Elza Khusnutdinova30,31, William Klitz32, Cheryl Winkler33, Damian Labuda34, Mait Metspalu8, Sarah A. Tishkoff35, Stanislav Dryomov26,36, Rem Sukernik26,37, Nick Patterson2,3, David Reich2,3,38, Evan E. Eichler1,39,*

In order to explore the diversity and selective signatures of duplication and deletion human copy number variants (CNVs), we sequenced 236 individuals from 125 distinct human populations. We observed that duplications exhibit fundamentally different population genetic and selective signatures than deletions and are more likely to be stratified between human populations. Through reconstruction of the ancestral human genome, we identify megabases of DNA lost in different human lineages and pinpoint large duplications that introgressed from the extinct Denisova lineage now found at high frequency exclusively in Oceanic populations. We find that the proportion of CNV base pairs to single nucleotide variant base pairs is greater among non-Africans than it is among African populations, but we conclude that this difference is likely due to unique aspects of non-African population history as opposed to differences in CNV load.

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