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Science：運用新技術完成古老人類測序
點擊次數：1770 發布時間：2012-9-26
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，“每個人都對這一數據感到震驚，其中也包括我。” 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）之間少數基因的變化的“接近完整”的目錄，“這是作為一個現代人類的遺傳配方，”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，他們發現歐洲人和亞洲人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，他們發現這個女孩既不是尼安德特人，也不是一個現代人——雖然這兩個物種的骨骼也在這個洞被發現了。這是一個新出現的人種，他們稱之為Denisovan。研究小組發現，在一些東南亞國家島嶼上出現了“Denisovan DNA”，并得出結論，他們的祖先也與Denisovans的祖先出現了雜交，可能發生在亞洲。 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）。 現在，這一古老基因組就明確了，Meyer和他的同事們發現，Denisovans就像是現代人類一樣，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，現代人類出現的111,812個單核苷酸變化。 在這些突變中，有8個基因與神經系統的構架相關，包括那些參與神經軸突和樹突的基因，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，FOXP2基因與言語障礙有關。這是“一個吸引人的推測：在現代人中也許出現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。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。” 原文摘要： A High-Coverage Genome Sequence from an Archaic Denisovan Individual We present a DNA library preparation method that has allowed us to reconstruct a high-coverage （30X） genome sequence of a Denisovan, an extinct relative of Neandertals. The quality of this genome allows a direct estimation of Denisovan heterozygosity, indicating that genetic diversity in these archaic hominins was extremely low. It also allows tentative dating of the specimen on the basis of “missing evolution” in its genome, detailed measurements of Denisovan and Neandertal admixture into present-day human populations, and the generation of a near-complete catalog of genetic changes that swept to high frequency in modern humans since their divergence from Denisovans.