Мишени положительного отбора в геноме человека на севере Евразии

В популяциях севера Европейской части России и Сибири генетики провели поиск геномных локусов, находящихся под действием положительного отбора. Выявлены кандидатные гены, некоторые из которых оказались специфичными для сибирских популяций. Сделан еще один шаг в создании геномной карты локальных адаптаций населения России.

Credit:

Mike Mareen | Shutterstock.com

Специалисты из Института молекулярной генетики РАН под руководством Светланы Лимборской провели поиск участков генома, находящихся под действием положительного отбора, в популяциях Северной Евразии. Статья с результатами этой работы опубликована в журнале PLoS ONE.

Отбор благоприятных генетических вариантов играет основную роль в адаптации человека к широкому спектру природных условий. Россия — очень перспективный регион для таких исследований, поскольку на обширной территории страны, отличающейся огромным географическим и климатическим разнообразием, проживают многочисленные коренные народы. В то же время популяции нашей страны крайне мало изучены по локальным геномным адаптациям.

Авторы работы исследовали геномы 432 человек из восьми популяций севера Европейской части России (русские из Архангельской и Вологодской областей, ижевские коми, прилужские коми, вепсы) и Западной Сибири (ханты, манси и ненцы). В геномах проанализировали однонуклеотидные полиморфизмы (по полногеномным панелям SNP-маркеров). Кроме того, в работе использовали данные секвенирования полных геномов 250 человек из базы данных Эстонского биоцентра Тартуского университета.

Для поиска геномных локусов, по которым в популяциях происходил положительный отбор, использовали два варианта тестов на протяженную гаплотипическую гомозиготность (ЕНН). Тесты основаны на том предположении, что, отбор по тому или иному аллелю приводит к росту гомозиготности на участке хромосомы вокруг него. В одном варианте теста – iHS (integrated haplotype score) — сравниваются уровни гомозиготности вокруг предкового и производного аллелей в отдельной популяции. В другом варианте — тест XP-EHH (cross-population extended haplotype homozygosity) — оценивается степень гомозиготности в районе целевого локуса в двух разных популяциях, тестовой и контрольной, причем последняя является общей для всех изучаемых популяций.

Было найдено 20 локусов с признаками действия положительного отбора. Некоторые из них расположены внутри генов, что прямо указывает на кандидатные гены, являющиеся мишенями для отбора; другие — в межгенных промежутках.

Среди наиболее вероятных мишеней положительного отбора оказались гены NRG3 и NBEA, участвующие в развитии и работе центральной нервной системы. Так, ген NBEA кодирует белок, вовлеченный в мембранный транспорт и работу синапсов и предположительно имеет отношение к развитию аутизма, а ген NRG3, возможно, включен в механизмы шизофрении. В эту же группу вошел и ген PTPRM, который участвует в обеспечении межклеточных взаимодействий и клеточной адгезии. Признаки положительного отбора найдены также в регионе хромосомы 4, включающем два псевдогена, гены, кодирующие микроРНК и длинную некодирующую РНК. Один из них — псевдоген MESTP3 — был абсолютным лидером по числу, ассоциированных с ним сигналов отбора. Так как каждый из них может участвовать в производстве различных регуляторных некодирующих РНК, то все вместе они составляют группу с внушительными регуляторными возможностями. Некоторые из вышеперечисленных генных локусов были впервые определены как мишени для положительного отбора.

В разных популяциях были свои специфические мишени отбора. Так, ген NRG3 оказался кандидатным в пяти популяциях из Европейской части России, а локусы в районе гена MSTP3 обладали такими признаками только в популяциях Западной Сибири. Авторы предполагают особенную роль региона на хромосоме 4 в локальной адаптации населения Западной Сибири.

В ходе анализа секвенированных геномов самые сильные сигналы отбора в сибирских популяциях были найдены в определенном регионе на хромосоме 11. Этот регион включает хорошо известные гены SLC37A2 и PKNOX2. Ген SLC37A2 сильнее всего экспрессируется в кишечнике и регулируется витамином D, дефицит которого часто испытывают жители северных регионов. Ген PKNOX2 участвует в регулировании клеточной пролиферации и дифференцировки; авторы приводят ссылки на исследования, в которых показана его ассоциация с алкогольной зависимостью, распространенной во многих популяциях Северной Евразии.

Ученые считают свою работу шагом к созданию геномной карты локальных адаптаций человека в Северной Евразии.

О значении работы PCR.news рассказал первый автор статьи, кандидат биологических наук Андрей Хрунин (Институт молекулярной генетики РАН).

— Наряду с демографическими процессами, естественный отбор — важнейший фактор эволюции генофонда популяций. Более того, в отличие от первых, именно он является направляющей эволюционного процесса. Если те или иные генетические варианты оказываются полезными, их частоты в популяциях возрастают. Выявление таких вариантов помогает глубже понять, с одной стороны, особенности генетической структуры популяций, а с другой стороны, популяционные различия в частотах тех или иных признаков, в том числе заболеваний. Поэтому поиск следов, или сигналов, действия отбора в геноме человека — задача весьма актуальная, и в этом отношении Россия — один из перспективнейших регионов Земли.

Источник

Andrey V. Khrunin, Gennady V. Khvorykh, Alexei N. Fedorov, Svetlana A. Limborska. Genomic landscape of the signals of positive natural selection in populations of Northern Eurasia: A view from Northern Russia // PLoS ONE 15(2): e0228778; DOI:  10.1371/journal.pone.0228778

Добавить в избранное

Вам будет интересно