Shimpanzalarda, odamlarda bo'lgani kabi, nasldagi mutatsiyalar soni otaning yoshiga bog'liq // Aleksandr Markov Skisna?

Shakl. 1. Bir kishining yaqin qarindoshlari - shimpanzalar va bonobolar ( fotosuratda ) - urg'ochilar ko'pincha bir nechta erkaklar bilan birlashadilar. Bu sperma darajasida erkaklarga ("sperma urushlari") raqobatga olib keladi va bu o'z navbatida spermatogenezning kuchayishi va spermatogenezning kuchayishi uchun spermatogenezni tanlashga yordam beradi. Ehtimol shuning uchun shimpanzalarda spermatozoid hujayralaridagi mutatsiyalar soni erkaklarga qaraganda bir yarim baravar tezlashadi. Kevishere.files.wordpress.com-dan olingan rasmlar

Xuddi shu oilaning uch avlodini ifodalovchi to'qqiz shimpanzaning genomlari tahlili shuni ko'rsatadiki, eng yaqin inson qarindoshlarining o'rtacha mutatsion darajasi biznikiga o'xshash: taxminan, har bir nukleotidga 1,2 × 10-8, bu esa har birida taxminan 70 ta yangi mutatsiyaga to'g'ri keladi kubik. Odamlar kabi, yangi nasllar mutatsiyasining soni onaning yoshiga bog'liq emas, balki homiladorlik davrida ota-onasining yoshiga bog'liqdir: otaning har bir qo'shimcha yili uning avlodlariga o'rtacha uchta mutatsiyani (ikkita odamda) qo'shadi. Bu farq, shimpanzalarda, urg'ochilar ko'plab erkaklar bilan turmushga chiqadigan, bu "sperma urushlari" ni keltirib chiqaradigan spermatozoidlarni ko'proq ishlab chiqarishiga bog'liqdir.

Mutagenez tezligi evolyutsion o'zgarish dinamikasini belgilaydigan asosiy ko'rsatkichlardan biri hisoblanadi. So'nggi paytgacha bu qiymat bevosita belgilar bilan hisoblangan: masalan, ular paleontologik ma'lumotlardan hisoblangan guruhlarning ko'rinish vaqtini genomlar orasidagi farqlar darajasiga qarab taqqoslashadi (qarang. Molekulyar soat ). So'nggi yillarda genomlarni tartibga solish uchun kuchli yangi usullarning rivojlanishi tufayli (qarang DNK ketma-ketligi: Keyingi avlod usullari ) mutagenez tezligini bevosita ota-onalarning va ularning avlodlarining genomlarini taqqoslash yo'li bilan o'lchash mumkin bo'ldi.

Ushbu texnologiya allaqachon insonga qo'llanilgan. Masalan, 2012 yilda Nature nashriyoti 78 islandik oila - "uchlik", ya'ni ota, ona va bola tashkil topgan to'liq genomli tahlil natijalarini e'lon qildi (A.Kong va boshqalar, 2012). Kasallik xavfi darajasi ). Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, mutagenez tezligi nasl ta nukleotid boshiga taxminan 1,2 × 10-8 ni tashkil qiladi. Butun genom jihatidan, bu har bir bolaning ota-onadan o'rtacha 74ta yangi mutatsiyani oladi degan ma'noni anglatadi.

Filogenetik rekonstruksiya va paleontologik ma'lumotlarga asoslangan bevosita hisob-kitoblar odam mutagenisining ikki barobar ko'prog'ini taklif qilgani uchun bu raqamlar kutilmagan holga aylandi. Ma'lum bo'lishicha, katta maymunlarda boshqa primatlardan ajralganidan keyin mutatsiya darajasi (bir yilga) sezilarli darajada pasaygan. Bu kamayish reproduksiya boshlanish yoshining oshishi va germ hujayralari shakllanishida sekinlashishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Agar yangi ma'lumotlar to'g'ri bo'lsa (va yangi adabiyotlar mavjud bo'lishiga shubha qilish tobora qiyinlashib borayotgan bo'lsa), antropogenezning asosiy nuqtalarining ko'plab eskilari qarishni tiklashni talab qilishi mumkin. Misol uchun, 6-7 million yil avvalgi hisob-kitoblarga ko'ra, odamlar va shimpanziyalarning chiziqlari orasidagi nomuvofiqlik o'tgan 10-13 million yil ilgari o'tishi mumkin. To'g'ri, juda ko'p nozikliklar mavjud. Ulardan biri "molekulyar soat" bilan belgilanadigan genomning kelishmovchiligi vaqtlari, bir qator ob'ektiv sabablarga ko'ra, o'tmishda haqiqiy tiplanish (populyatsiyalarni ajratish) davriga nisbatan ancha chuqurroq bo'lishi mumkin. Bu haqda ko'proq ma'lumot olish uchun quyidagi maqolaga qarang: A Scally, R. Durbin, 2012. Inson evolyutsiyasi darajasini qayta ko'rib chiqish (PDF, 812 Kb).

Inson oilalarini to'liq genomli tahlil qilish jarayonida qo'lga kiritilgan yana bir muhim natijaga ko'ra, ota-onaning farzandlari ota-onadan olingan "mutatsion yuk" ga teng bo'lmagan hissa qo'shadi. Bola tomonidan kiritilgan yangi mutatsiyalarning umumiy sonidan onasi o'ndan, qolganlari esa otasidan oladi. Shu bilan birga, boladagi yangi mutatsiyalar deyarli onaning yoshiga bog'liq emas, lekin juda tez otaning yoshi bilan o'sadi. Otaning hayotining har bir qo'shimcha yili bolaga ikkita yangi mutatsiya qo'shib qo'yadi.

Bu shuni anglatadiki, ayollarda kontseptdan tortib to etuk tuxum shakllanishga qadar faqatgina 24 hujayra bo'linishi va 23 xromosoma replikatsiya jarayoni ro'y beradi (xromosomalar ikkinchi mayozsimon bo'linishdan oldin ikki marta emas). Homila rivojlanishida hatto ayolning nasl-nasabning xromosomalari replikatsiyasi ham tugaydi va ayolning hayoti mobaynida uning hujayralari xromosomalari kopyalanmaydi. Shunga ko'ra, ulardagi mutatsiyalar soni deyarli o'smaydi, chunki mikroblarning hujayralaridagi ko'pchilik mutatsiyalar replikatsiya xatolaridir.

Erkaklarda vaziyat boshqacha. Spermatozoidlarning progenitor xujayralari kattalar hayoti davomida bo'linadi, bu esa har 16 kunda bir bo'linma (yiliga 23 bo'linma) bo'lib, balog'atga etishish davriga to'g'ri keladi. 15 yoshli odamning spermalari taxminan 35 hujayra bo'linmasi, 20 yoshli yoshi - 150, 30 yoshli - 380, 40 yoshli - 610, 50 yoshli - 840tani tashkil etgan deb taxmin qilinadi. Har bir replikatsiya harakati qo'shimcha mutatsiyalar xavfi hisoblanadi, shuning uchun odamda, sperma ichida ko'proq mutatsiyalar (JF Crow, 2000). Insonning spontan mutatsiyasining kelib chiqishi ). A. Kondrashov "Elements" da chop etilgan intervyuda bu fakt va tadqiqotlar haqida batafsil ma'lumot berdi (Aleksey Kondrashov, Nadejda Markina. Tanlovsiz hayot: yaxshi yoki xavfli? ).

Va bu erda biz nihoyat Homo sapiens va eng yaqin qarindoshimiz - şempanzelerin mutasyon jarayonining parametrlarini solishtirish uchun imkoniyat topdik. Buyuk Britaniyadan va Niderlandiyadan kelgan genetika to'qqiz shimpanzenin to'liq genomlarini bir xil oilaning uch avlodi bilan taqqosladi va solishtirdi (2-rasm).

Kichik namunaga qaramasdan (bunday tadqiqotlar juda qimmatli va vaqt talab qiladigan), olingan ma'lumotlar shimpanzalarda mutagenizmin taxminan asosiy miqdoriy ko'rsatkichlarini taxmin qilishga imkon berdi.

Mualliflar oltita shaxsda, jumladan, D, E, F, G, H, I, D, E, F, G, H, I deb nomlanuvchi yangi mutatsiyalar hisoblab chiqdi. Hammasi bo'lib ular autosomlarda 204 ta yangi mutatsiya va X xromosomasida uchtasini topdilar. Topilgan mutatsiyalar orasida CG dinükleotidlaridagi (C%) T (C> T-o'tish) uchun C nisbati katta qismini (24%) tashkil etadi CpG sayti ). Insonlarda bunday o'zgarish yangi paydo bo'lgan mutatsiyalarning 17 foizini tashkil qiladi.

Yangi paydo bo'lgan mutatsiyalar genomga nisbatan teng taqsimlanmagan: ular kümelenme eğilimindedirler. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, agar replikatsiya jarayonida bir joyda mutatsion paydo bo'lsa, boshqa joyda yuzaga keladigan boshqa joyga o'xshash bir replikatsiya harakatida qo'shni hududlarda bir joyga boradi. Shu kabi naqshlar odamlarda topilgan, sabablari hali aniqlanmagan. Shu bilan birga, yangi mutatsiya ehtimoli bu DNK segmentining "semantik tarkibi" ga bog'liq emas, bu noyob yoki takrorlanadigan ketma-ket, gen yoki intergenik bo'shliq.

Ma'lum mutatsiyalarning ko'pchiligi uchun mualliflar (otib yoki onadan olinganmi yoki yo'qmi) mutatsiya belgilari (polimorfizmlar mutatsiyasiga yaqin joyda) aniqlashga muvaffaq bo'ldilar. Shimpanzalarda, odamlarda bo'lgani kabi, otalar, onalar bilan solishtirganda, mutatsiyaga qaraganda ancha kuchliroq bo'lgan bolalarga o'zlarining genomlarini o'tkazadilar. Homiladorlik mutatsiyasiga qaraganda 5,5 barobar ko'p paternal mutatsiyalar mavjud edi (3,9 marta odamlarda).

Odamlarda bo'lgani kabi, shimpanzalarda yangi mutatsiyalar soni onaning yoshiga bog'liq emas (onaning har qanday yoshda o'rtacha 6,7 ​​ta mutatsiyaga ega bo'lgan), biroq ayni paytda otaning yoshi bilan tez o'sib boradi. Bunday kichik bir namunada ham ushbu bog'liqlik statistik jihatdan ahamiyatli edi. Odamlarda, otaning hayotining har bir qo'shimcha yili, jinsiy rivojlanishdan boshlab, avlodlarga o'rtacha 1,95 yangi mutatsiyalar qo'shadi, shimpanzalarda esa bu ko'rsatkich 3.02 ni tashkil qiladi. Bu farq nikoh munosabatlarining tuzilishiga bog'liqdir. Shimpanziya jamoalarida urg'ochilar odatda bir erkakka sadoqatli emaslar, bu esa "sperma urushlari" ga va spermatogenezning ko'proq intensivligiga hissa qo'shadi (1-rasmga qarang).

Agar bu taxmin to'g'ri bo'lsa, ularning haram tizimi bilan gorillalar, ayollarga sodiqlik, sperma urushlari va kichik testalar etishmovchiligi, shimpanzalar va odamlarga nisbatan erkakning yoshi bilan jinsiy hujayralardagi mutatsiyalar sonini oshirishi kerak.

Shimpanzalarda o'rtacha mutagenez darajasini baholash uchun mualliflar asirlikda yashovchi shimpanzlar guruhi va yovvoyi yuqumli kishilar o'rtasidagi muhim farqni hisobga olishlari kerak edi. Asirlikda shimpanzalar odatda tabiatga qaraganda ancha erta yoshda tug'ila boshlaydi. Bu o'smirlar kamdan-kam jinsiy a'zo bo'lishiga ruxsat berilgan tabiiy shimpanziya jamoalarida ierarxik, raqobatdosh munosabatlarga bog'liq. Yaxshiyamki, o'rganilayotgan shimpanziya oilasida o'rtacha yoshi 18,9 yoshni tashkil etgan "onalik yoshi" (ya'ni yosh homiladorlik paytidagi erkaklar o'rtacha yoshi), o'rtacha yoshi 15,0 yilni tashkil etadi. Yovvoyi shimpanziya populyatsiyalari uchun bu raqamlar ancha yuqori ekanligi taxmin qilinmoqda: erkaklarga 24,3, urg'ochilar uchun esa 26,3. Zamonaviy odamlarda o'rtacha yoshi kattaroqdir: 31,5 yil. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, yovvoyi shimpanzalarda yoshlarni kontseptsiyalash vaqtida erkaklar odatda o'rganilgan aholiga qaraganda ancha katta, ya'ni ularning avlodlari ko'proq mutatsiyaga ega bo'lishi kerak. Ushbu va bir qator boshqa tuzatishlar hisobga olinsa, mualliflar yovvoyi shimpanzalarda yangi otozomal mutatsiyalarning o'rtacha miqdori taxminan 69ni tashkil etishi va mutagenez tezligi naslga (odamlarda bo'lgani kabi) nasabiylikka har biri uchun 1,2 × 10-8 bo'lishi kerakligini aniqladi.

Agar bu taxminlar to'g'ri (ular juda kichik namunalarga asoslanib, kelajakda sezilarli darajada takomillashtirilganini eslaydilar) va agar mutagenez tezligi shimpanzlar va insonlarning ajdodlari o'rtasidagi farqlanish vaqtidan beri sezilarli o'zgarishlarga uchragan bo'lsa, molekulyar soatlarning usulini qo'llang inson va shimpanzaning so'nggi umumiy ajdodining umri. Mualliflar buni amalga oshirdilar va natijasini oldilar: 13 million yil avval. Boshqa mualliflar yaqinda shunga o'xshash taxminlarga kelishgan (K. Langergraber va boshqalar, 2012). Chimes va gorillalar ).

Tadqiqotning eng qiziqarli natijasi esa, jamiyat tuzilishi va nikoh munosabatlarining molekulyar evolyutsiya tezligiga ta'siri borligidan dalolat beradi. Ta'sir ikki barobar bo'lishi mumkin: birinchi navbatda, avlodlardagi mutatsiyalar soni erkaklar naslchilikda ishtirok etadigan yoshga bog'liq va u o'z navbatida nafaqat fiziologiya, balki ijtimoiy qurilish va madaniy an'analar bilan ham belgilanadi. Ikkinchidan, zerikarli jamoalarning xarakteristikasi bo'lgan "sperma urushlari" intensivlashtirish uchun spermatogenezni tanlashga yordam beradi, bu esa erkakning yoshi bilan spermatozoidada mutatsiyalar sonining tezlashishiga olib kelishi mumkin.

Manba: Oliver Venn, Isaak Tyorner, Iain Mathieson, Natasja de Groot, Ronald Bontrop va Gil McVean. Kuchli erkak tanqislik shimpanzalarda germline mutatsiyasini boshlaydi // Fan . V. 344. P. 1272-1275.

Aleksandr Markov
"Elements"