Мое интервью в подкасте Eхидно и Утконос

В 25 выпуске популярного интернет-подкаста Ехидно и Утконос я участвовал в обсуждении интересующих широкую публику аспектов генетики и генетического тестирования

 

Первые палеогеномы человека из Ирландии

Известный ресурс Генофонд.ру опубликовал неплохой русскоязычный разбор новой статьи, в которой приведены результаты изучения древних ирландских палеогеномов. Я ограничусь несколькими комментариями, которые касаются непосредственно анализа аутосомной части этих палеогеномов.

Анализ главных компонент (РСА) четырех древних ирландских геномов в сравнении с 78 другими древними геномами и 677 геномами современных популяций показал, что неолитический ирландский геном (Ballynahatty) попал в кластер с другими неолитическими европейскими геномами, а геномы бронзового века (Irish Bronze Age, Rathlin, 3,2,1) – в кластер геномов бронзового века Центральной и Северной Европы.

Анализ главных компонент древних ирландских геномов – неолитического (Ballynahatty) и бронзового века (Irish Bronze Age, Rathlin, 3,2,1), 78 других древних геномов и 677 геномов современных популяций Европы (на основе 354 212 SNP-маркеров).

Анализ главных компонент древних ирландских геномов – неолитического (Ballynahatty) и бронзового века (Irish Bronze Age, Rathlin, 3,2,1), 78 других древних геномов и 677 геномов современных популяций Европы (на основе 354 212 SNP-маркеров).

Анализ по методу ADMIXTURE (при заданном числе предковых популяций К=11) во всех древних геномах Ирландии выявляет большую долю компонента охотников-собирателей (красный цвет) и также большую долю компонента неолитических земледельцев (оранжевый цвет). В геномах бронзового века появляется и степной компонент (голубой цвет). Три ирландских генома бронзового века по предковому спектру сходны с одновременными им континентальными геномами.

Спектр предковых компонентов ADMIXTURE (при К=11). Ирландские геномы (неолитический и бронзового века) обозначены зелеными метками.

Спектр предковых компонентов ADMIXTURE (при К=11).
Ирландские геномы (неолитический и бронзового века) обозначены зелеными метками.

Проанализировав геномы древних жителей Ирландии, ученые пришли к выводу, что предки современных ирландцев происходили из Восточной и Южной Европы.

Генетики из дублинского Тринити-колледжа вместе с археологами университета Квинс в Белфасте исследовали скелет крестьянки, относящийся к периоду неолита.Возраст хорошо сохранившихся останков оценивается в 5200 лет. Захоронение было обнаружено в 1855 году неподалеку от Белфаста. По словам ученых, геном женщины имеет много общего с геномом современных жителей Испании и Сардинии.
Предки крестьянки, в свою очередь, как полагают исследователи, пришли в Европу с Ближнего Востока, где в свое время появилось первое земледелие. Помимо этого, в распоряжении команды ученых оказались останки троих мужчин с острова Ратлин, живших в бронзовом веке примерно 4200 лет назад. Геном этих мужчин отличался от генома крестьянки – треть структуры ДНК свидетельствует о том, что их предки происходили из понтийских степей Причерноморья, расположенных на территории современных России и Украины.

Я решил проверить их выводы и самостоятельно собрал описанные 4 генома из имеющихся в открытом доступе fastq-файлов  (ENA — Европейский Архив Нуклеотидов), а затем проанализировал геномы в своей новой модели этно-популяционного калькулятора.
Итак, для начала геном неолитической «фермерши» из Белфата. Результаты согласуются с выводами ирландских генетиков. Примерно 45% генома носит неолитическое происхождение (фермеры с Ближнего Востока), 17% — от кавказских охотников собирателей времен палеолита, и 16% от охотников-собирателей западной Европы. Что самое важное — так это практически полное отсутствие степного компонента EHG (восточных охотников-собирателей), 1.14 процентов скорее всего появилось либо в результате ошибок определения генотипов при сборке генома, либо в результате посмертных изменений ДНК.

Neolithic 44.65
Caucasian-HG 17.09
WHG-UHG 16.17
Subsaharian 5.82
NorthAfrican 5.43
Ancestor 3.2
SouthEastAsian 2.92
EastAfrican 1.78
EHG 1.14
Australian 0.95
NearEast 0.43
Siberian 0.34
Amerindian 0.09
Arctic 0.01
ANI 0
Oceanic 0

Далее останки первого мужчины RM217 из захоронений бронзового века на острове Ратлин. Степной EHG у него уже присутствует в значимых долях, и вместе с компонентом западноевропейских охотников-собирателей составляет примерно треть генома, а вместе с родственным североиндийским компонентом ANI — почти половину генома. Caucasian-HG остался примерно таким же, как и у неолитической крестьянки, а главное отличие — в уменьшении неолитического компонента.

WHG-UHG 27.32
Neolithic 18.3
EHG 17.16
Caucasian-HG 13.16
ANI 7.98
Subsaharian 5.56
Ancestor 4.16
Amerindian 3.38
Oceanic 1.28
Siberian 0.86
EastAfrican 0.8
Australian 0.03
Arctic 0
NearEast 0
NorthAfrican 0
SouthEastAsian 0

Результаты двух других мужчин RSK1 и RSK2 с того же Ратлина характеризуются схожим распределением компонентов — с той лишь разницей, что из-за худшего качества прочтения этоих геномов, амплитуда частот более резкая (результат «зашумленности» прочтений геномов).

WHG-UHG 28.82
Neolithic 24.7
EHG 18.55
Caucasian-HG 13.45
Amerindian 3.48
ANI 3.2
Subsaharian 2.22
Siberian 2.03
NearEast 1.36
Ancestor 0.77
Australian 0.73
Oceanic 0.64
SouthEastAsian 0.05
Arctic 0
EastAfrican 0
NorthAfrican 0

Эпигенетика Y-хромосомы человека

О генетике (в том числе и о популяционной генетике)  Y-хромосомы написано немало статей — теперь пришла очередь эпигенетики. Полгода тому назад я постулировал наличие в Y-хромосоме гаплогруппно-специфичных сайтов метиляции, влияющих на экспрессию специфически мужских генов. Данная гипотеза позволила мне решить старую диллему — с одной стороны малая генетическая информативность Y-хромосомы (мало генов), c другой стороны слабая корреляция между поведением и гаплогруппой. И вот пару дней назад, китайские исследователи опубликовали статью на эту тему. Перефразируя расхожое, можно сказать: «О чем бы вы не подумали, китайцы уже написали про это статью».

Что поделать — таков закон больших чисел.

«According to the human reference sequence (hg19), the tested sites on the Y chromosome were distributed on 11 regions: TSS1500 (-1500 bp from the nearest TSS), TSS200 (-200 bp from the nearest TSS), 5’UTR, EXON1 (1st exon of genes), 3’UTR, Gene Body, CpG islands, NSHORE(-2 kb region flanking the CpG island), SSHORE (+2 kb region flanking the CpG island),NSHELF (-4 to -2 kb region flanking the CpG island), and SSHELF (+2 to +4 kb region flank-ing the CpG island) (S3 Table). The mean methylation level of all tested sites within eachregion was taken as this region’s methylation index.We found that the variation in gene body region was greater than in other regions by calcu-lating the standard deviation of each region among all samples (Fig 5A). Further, we assessed the overall methylation pattern of 53 tested genes. Result showed that the methylation patternof two genes was haplogroup O3a2b-specific (LOC100101116,TTTY1)(Fig 5C). However, wedid not find such a haplogroup-specific variation on the other 10 functional regions (Fig 5Band 5D,S5 Fig).Fig 5. The methylation pattern of functional regions on the Y chromosome.A) Box plots showing thestandard deviation of methylation level within each region. The median line indicates the average methylationlevel, the edges represent the 25th/75th percentile, and the whiskers represent the 2.5th/97.5th percentile. B−D). Heat map showing the methylation levels of 38 detected TSS1500 regions (B), 53 gene body regions(C), and 55 CpG island regions (D)»

 

Fig 5. The methylation pattern of functional regions on the Y chromosome. A) Box plots showing the standard deviation of methylation level within each region. The median line indicates the average methylation level, the edges represent the 25th/75th percentile, and the whiskers represent the 2.5th/97.5th percentile. B − D). Heat map showing the methylation levels of 38 detected TSS1500 regions (B), 53 gene body regions (C), and 55 CpG island regions (D). 

Я пролистал статью китайских генетиков про консервативность эпигенетичских паттернов на Y-хромосоме. К сожалению, авторы ограничиваются только важными для юго-восточной Азии ветвями гаплогруппы O2 и O3 (особо выделяются когорты потомков разных императоров), а интересно было бы сравнить эпигенетические паттерны у носителей этой гаплогруппы с таковыми у других евразийских, американских и африканских гаплогрупп и изучить животрепещущие вопросы:

  1.  Дает ли преимущество разница в профилях метиляции ДНК Y-хромосом?
  2. Если дает, то какого рода c учетом мужской специфики? Возможные варианты: разница в фертильности спермы, отличия в уровне выработки тестостерона — и влияние на сопутствующие мужские признаки телесной конституции и поведения?
  3.  Помогает ли понимание разницы метилирования ДНК мужской половой хромосоомы объяснить разницу в физических, гендерных, функциональных, эмоциональных и интеллектуальных чертах мужчин разных гаплогрупп?

Вот о чем надо было рассуждать, а не о эволюционной консервативности метиляции Y-хромосомы. Это и так понятно любому думающему человеку.