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Science:运用新技术完成古老人类测序
更新时间:2012-09-20      阅读:1363

一个研究小组的科学家利用一个令人惊叹的新技术,完成了一个古老的西伯利亚女孩31倍的基因组测序,这种新方法采用了一种新型的扩增单链DNA的技术。

这种精度令这一研究团队能将这个生活在西伯利亚Denisova洞穴中,超过五万年前的女孩的基因组,直接与现代活着的人类进行比较,获得了一个造成我们与Denisovans人种(尼安德特人近亲)之间少数基因的变化的“接近完整”的目录,“这是作为一个现代人类的遗传配方,”领导这一研究的,马普进化人类学研究所的古人类遗传学家Svante Pääbo说。

然而讽刺的是,利用仅留下一个小手指骨和两颗牙齿的化石,完成的Denisovans这种高分辨率的基因组测序,是目前遗传信息zui清晰的古人类基因组序列,也比具有数百个标本尼安德特人基因组研究成果更好。

研究人员证实了Denisovans与一些现代人类的祖先进行过交配,并且这个古人类遗传多样性小,这表明他们的小人群随着现代人类的人口进一步的扩大,而逐渐减少。“Meyer 和他的同事革新了古人类DNA研究领域——再次,” 宾夕法尼亚大学进化生物学家Beth Shapiro说(未参与此次研究)。

Pääbo研究组曾在2010年,*次在这一领域中,报道了一份低覆盖率(平均1.3个拷贝)的三个尼安德特人的综合核基因组序列,他们发现欧洲人和亚洲人1%-4%的DNA,而不是非洲人,与尼安德特人相同,并得出结论:现代人类曾以较低水平与尼安德特人杂交。

短短7个月后,这一研究组又公布了来自Denisova洞穴中一个女孩的小指骨头样品的,1.9拷贝的基因组序列,他们发现这个女孩既不是尼安德特人,也不是一个现代人——虽然这两个物种的骨骼也在这个洞被发现了。这是一个新出现的人种,他们称之为Denisovan。研究小组发现,在一些东南亚国家岛屿上出现了“Denisovan DNA”,并得出结论,他们的祖先也与Denisovans的祖先出现了杂交,可能发生在亚洲。

但是,这些基因组的质量太低,无法获得一个可靠的基因差异图谱。其中一部分原因是,古人类DNA是零碎的,而且大部分从骨骼中提取出来后,都分解成了单链DNA。

而Meyer的突破就在于研发了一种能通过单链DNA开始测序过程,而不用通常需要的双链DNA的方法。

他们在单链的两端加上了特殊分子,古人类DNA就放置代酶拷贝序列的位置。这样获得的结果能对女孩手指微少的10毫克样品,进行6-22倍扩增,研究小组一次至少可以捕获覆盖99.9%的可绘制图谱的核苷酸位点,超过92%的位点至少20倍,这被认为是一个可靠地识别位点的标准。31个拷贝中大约一半来自女孩的母亲,一半来自她的父亲,这样就得到一个“与个近期人类基因组相当质量”的基因组,威斯康星 John Hawks 说(未参与研究)。

现在,这一古老基因组就明确了,Meyer和他的同事们发现,Denisovans就像是现代人类一样,有23对染色体,而不是像黑猩猩一样的24对。通过比对Denisovans基因组和文献中的人类基因组,研究小组计算出,Denisovan和现代人群是在17万-70万年前间分离开来的。

令Pääbozui兴奋的是,不同人群之间基因差异的这个“几乎完整的目录”。其中包括了在过去约十万年间,现代人类出现的111,812个单核苷酸变化。

在这些突变中,有8个基因与神经系统的构架相关,包括那些参与神经轴突和树突的基因,以及与自闭症有关的基因。Pääbo特别感兴趣的是一个收到FOXP2基因调控的基因,FOXP2基因与言语障碍有关。这是“一个吸引人的推测:在现代人中也许出现了突触传递的关键方面的变化,”研究组写道。

34个基因与人类疾病相关联。这份名单提出了一些基因表达研究的明显候选基因。 “很酷的是,这不是一个天文数字般的大名单,”Pääbo说。 “在未来十年或二十年,我们的小组和其他人也许能分析这些基因。”

这项研究完成的测序内容完整,研究人员通过这些结果,就像是获得了一个活生生的人的照片——例如,这个女孩有棕色的眼睛,头发和皮肤。“没有人想到,我们能以这种质量完成一个古老的人类基因组的序列测定,”德国马普进化人类学研究所博士后Matthias Meyer说,“每个人都对这一数据感到震惊,其中也包括我。”

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