Проект «Геном шимпанзе» был попыткой определить последовательность ДНК генома шимпанзе . Секвенирование началось в 2005 году, и к 2013 году было секвенировано двадцать четыре особи шимпанзе. Этот проект был включен в проект «Геном великой обезьяны» . [1]
В 2013 году были опубликованы последовательности с высоким разрешением каждого из четырех признанных [2] [3] подвидов шимпанзе: Центральный шимпанзе , Pan troglodytes troglodytes , 10 последовательностей; Западный шимпанзе , Pan troglodytes verus , 6 последовательностей; Нигерийско-Камерунский шимпанзе , Pan troglodytes ellioti , 4 последовательности; и восточный шимпанзе , Pan troglodytes schweinfurthii , 4 последовательности. Все они были секвенированы со средним 25-кратным охватом на человека. [1]
Исследование показало значительное разнообразие генома шимпанзе со многими популяционно-специфичными чертами. Центральные шимпанзе сохраняют наибольшее разнообразие в линии шимпанзе, тогда как другие подвиды демонстрируют признаки узких мест в популяциях . [4]
Хромосомы человека и шимпанзе очень похожи. Основное отличие состоит в том, что у людей на одну пару хромосом меньше, чем у других человекообразных обезьян . У человека 23 пары хромосом, а у других человекообразных обезьян — 24 пары хромосом. В эволюционной линии человека две предковые хромосомы обезьяны слились в своих теломерах , образуя человеческую хромосому 2 . [5] Есть девять других основных хромосомных различий между шимпанзе и людьми: инверсии сегментов хромосом человека 1 , 4 , 5 , 9 , 12 , 15 , 16 , 17 и 18 . После завершения проекта «Геном человека» был начат проект общего генома шимпанзе . В декабре 2003 года предварительный анализ 7600 генов, общих для двух геномов, подтвердил, что некоторые гены, такие как фактор транскрипции P2 , который участвует в развитии речи, различаются в человеческой линии. Также было обнаружено, что несколько генов, участвующих в слухе, изменились в ходе эволюции человека, что позволяет предположить, что отбор включал в себя поведение, связанное с человеческим языком . По оценкам, различия между отдельными людьми и обычными шимпанзе примерно в 10 раз превышают типичную разницу между парами людей. [6]
Другое исследование показало, что закономерности метилирования ДНК, которые являются известным механизмом регуляции экспрессии генов, различаются в префронтальной коре человека и шимпанзе, и это различие привело к эволюционному расхождению двух видов. [7]
Анализ последовательности генома шимпанзе был опубликован в журнале Nature 1 сентября 2005 года в статье, подготовленной Консорциумом по секвенированию и анализу шимпанзе , группой ученых, частично поддерживаемой Национальным институтом исследования генома человека , одним из Национальных исследовательских институтов генома человека. Институты здоровья . Статья ознаменовала завершение проекта секвенирования генома. [6]
В настоящее время существует база данных, содержащая генетические различия между генами человека и шимпанзе, содержащая около тридцати пяти миллионов однонуклеотидных изменений, пять миллионов событий вставки/делеции и различные хромосомные перестройки . [10] Дупликация генов объясняет большую часть различий в последовательностях между людьми и шимпанзе. Замены одной пары оснований вызывают примерно вдвое меньше генетических изменений, чем дупликация генов.
Типичные гомологи белков человека и шимпанзе различаются в среднем только по двум аминокислотам . Около 30 процентов всех белков человека по последовательности идентичны соответствующему белку шимпанзе. Как упоминалось выше, дупликации генов являются основным источником различий между генетическим материалом человека и шимпанзе: около 2,7 процентов генома в настоящее время представляют собой различия, возникшие в результате дупликации или делеции генов в течение примерно 6 миллионов лет [11] с тех пор, как люди и шимпанзе разошлись. от их общего эволюционного предка. Сопоставимая вариация внутри человеческих популяций составляет 0,5 процента. [12]
Было идентифицировано около 600 генов, которые, возможно, подвергались сильному положительному отбору в линиях человека и шимпанзе; многие из этих генов участвуют в защите иммунной системы от микробных заболеваний (пример: гранулизин защищает от микобактерий туберкулеза [13] ) или являются целевыми рецепторами патогенных микроорганизмов (пример: гликофорин C и Plasmodium falciparum ). Сравнивая гены человека и шимпанзе с генами других млекопитающих, было обнаружено, что гены, кодирующие факторы транскрипции , такие как forkhead-box P2 ( FOXP2 ), часто развиваются быстрее у человека по сравнению с шимпанзе; относительно небольшие изменения в этих генах могут объяснить морфологические различия между людьми и шимпанзе. Набор из 348 генов транскрипционных факторов кодирует белки, в которых аминокислотных изменений в человеческой линии в среднем примерно на 50 процентов больше, чем в линии шимпанзе.
Было обнаружено шесть хромосомных регионов человека, которые, возможно, находились под особенно сильным и скоординированным отбором в течение последних 250 000 лет. Эти регионы содержат по крайней мере один маркерный аллель , который кажется уникальным для человеческого происхождения, в то время как вся хромосомная область демонстрирует меньшую, чем обычно, генетическую изменчивость. Эта закономерность предполагает, что один или несколько тщательно отобранных генов в этой хромосомной области могли предотвращать случайное накопление нейтральных изменений в других близлежащих генах. Одна такая область на хромосоме 7 содержит ген FOXP2 (упомянутый выше), и эта область также включает ген регулятора трансмембранной проводимости муковисцидоза (CFTR), который важен для транспорта ионов в таких тканях, как секретирующий соль эпителий потовых желез. Человеческие мутации в гене CFTR могут быть выбраны как способ выжить при холере . [14]
Другая такая область на хромосоме 4 может содержать элементы, регулирующие экспрессию близлежащего гена протокадгерина , который может быть важен для развития и функционирования мозга . Хотя изменения в экспрессии генов, экспрессируемых в головном мозге, в среднем меньше, чем в других органах (например, в печени), изменения в экспрессии генов в мозге были более драматичными у человека, чем у шимпанзе. [15] Это согласуется с резким расхождением уникального паттерна развития человеческого мозга, наблюдаемого в человеческой линии, по сравнению с паттерном развития великих обезьян. Кластер генов протокадгерина-бета на хромосоме 5 также демонстрирует доказательства возможного положительного отбора. [16]
Результаты анализа генома человека и шимпанзе должны помочь в понимании некоторых заболеваний человека. Люди, по-видимому, утратили функциональный ген каспазы 12 , который у других приматов кодирует фермент, который может защитить от болезни Альцгеймера .
Результаты проекта генома шимпанзе показывают, что когда предковые хромосомы 2A и 2B слились с образованием хромосомы 2 человека, ни один ген не был потерян из слитых концов 2A и 2B. В месте слияния имеется примерно 150 000 пар оснований последовательности, не встречающейся в хромосомах 2А и 2В шимпанзе. Дополнительные связанные копии генов PGML/FOXD/CBWD существуют в других местах генома человека, особенно вблизи p-конца хромосомы 9 . Это предполагает, что копия этих генов могла быть добавлена к концу предкового 2A или 2B до события слияния. Еще предстоит определить, дают ли эти вставленные гены селективное преимущество.
