Александр Марков - Перспективы отбора. От зеленых пеночек и бессмысленного усложнения до голых землекопов и мутирующего человечества

Однако в последнее время стали появляться данные, показывающие, что число новых мутаций у новорожденных все-таки растет с возрастом матери, хотя и не так быстро, как с возрастом отца. Это важное уточнение, как и ряд других, стало возможным благодаря удешевлению полногеномного секвенирования, позволившему многократно увеличить объем исследуемых выборок.

В статье, опубликованной в журнале Nature в 2017 году, исландские генетики сообщили о результатах изучения рекордного числа троек, включающих полные геномы обоих родителей и их потомка ( Jónsson et al., 2017). Ученые проанализировали 1548 таких троек, причем все геномы были отсеквенированы довольно качественно (с 35-кратным покрытием). Сравнение полных геномов потомка и обоих его родителей — трудоемкий, зато самый надежный способ определить число новых мутаций. В 225 случаях из 1548 в распоряжении исследователей, помимо геномов двух родителей и потомка, имелся также геном представителя следующего (третьего) поколения, то есть потомка потомка. Такие данные позволяют надежнее устанавливать происхождение (отцовское или материнское) новых мутаций представителя второго поколения, потому что эти мутации наследуются внуком или внучкой в составе фрагмента хромосомы, совпадающего с участком одной из хромосом либо деда, либо бабки.

Исследователи обнаружили в общей сложности 108 778 новых мутаций (из них 101 377 — однонуклеотидные полиморфизмы, остальное — вставки и делеции). Таким образом, получилось в среднем по 108 778/1548 ≈ 70,3 новых мутации на человека (рис. 37.2). Это примерно совпадает с прежними оценками (см. Исследование № 36), но теперь можно уже не сомневаться в точности результата.

рис. 37.1.Зависимость различных нейрокогнитивных показателей у детей (в возрасте от 8 месяцев до 7 лет) от возраста отца ( пунктирные линии ) и матери ( сплошные линии ). По вертикальной оси — нейрокогнитивные показатели, по горизонтальной — возраст родителя в момент рождения ребенка. Графики основаны на данных по 33 437 американским семьям. Внесены поправки на возраст и пол ребенка, возраст второго родителя, расовую принадлежность, социоэкономический статус и другие параметры, которые могли бы исказить искомую зависимость. Видно, что большинство показателей снижается с возрастом отца, но не матери. Bayley mental и Bayley motor — показатели умственного и физического развития детей, оцененные по шкале Бейли. Stanford Binet IQ — коэффициент интеллекта по шкале Стэнфорда — Бине. Graham Ernhart — показатели по тесту на блочную сортировку Грейама — Эрнхарта. WISC full scale IQ — коэффициент интеллекта по шкале Векслера. WRAT reading — показатели по тесту WRAT ( Wide Range Achievement Test ) на понимание прочитанного. По рисунку из Saha et al., 2009 .

рис. 37.2.Распределение, показывающее, сколько людей имеют то или иное количество новых мутаций. По рисунку из Jónsson et al., 2017 .

У 91 «потомка» имелись однояйцевые (монозиготные) близнецы. Их геномы тоже были отсеквенированы, чтобы оценить качество проделанной работы (в идеале все новые мутации, найденные у одного близнеца, должны быть обнаружены и у второго). Проверка показала, что в ходе секвенирования было пропущено или ошибочно идентифицировано не более 3 % от общего числа мутаций.

Отцовское или материнское происхождение удалось с максимальной точностью установить для 15 746 мутаций, зарегистрированных в тех тройках, где были данные по «потомкам потомков». Оказалось, что 80,4 % новых мутаций имеют отцовское происхождение, то есть люди получают их с геномом сперматозоида. Число таких мутаций быстро растет с возрастом отца (верхняя прямая на рис. 37.3). Каждый год жизни отца прибавляет в среднем по 1,47 новых мутации его потомкам. Это меньше прежних оценок. Число мутаций материнского происхождения тоже увеличивается с возрастом матери, но вчетверо медленнее (нижняя прямая на рис. 37.3) — на 0,37 за год жизни матери.

рис. 37.3.Связь числа новых мутаций, полученных от отца или матери, с возрастом родителя. По рисунку из Jónsson et al., 2017 .

Ранее уже было замечено, что «отцовские» и «материнские» мутации различаются по своему характеру и распределению по геному. Новое исследование это подтвердило. Так, замены цитозина тимином ( Ц → T ) в 1,3 раза чаще встречаются среди «материнских» мутаций, чем среди «отцовских». А замещения тимина гуанином и цитозина аденином ( T → Г и Ц → A ) примерно во столько же раз чаще встречаются, наоборот, среди «отцовских» мутаций, чем среди «материнских». Некоторые различия обнаружились также в скоростях, с которыми частоты разных типов мутаций меняются с возрастом родителя.

Один из самых неожиданных результатов состоит в том, что распределение «материнских» мутаций по геному оказалось крайне неравномерным (для «отцовских» это характерно в меньшей степени). В некоторых участках генома частота встречаемости «материнских» мутаций резко повышена. Особенно выделяется участок восьмой хромосомы длиной в 20 млн пар оснований, на котором «материнские» мутации возникают в 4,5 раза чаще, чем в среднем по геному. Особенно сильно (в 12,8 раза) повышена на этом участке частота «материнских» мутаций типа Ц → Г . В некоторых других областях генома частота таких мутаций тоже заметно повышена. И количество замен Ц → Г , и число кластеров («сгущений») таких мутаций быстро растут с возрастом матери.

Если эти особенности возникновения «материнских» мутаций появились не вчера, а существуют в течение длительного времени, то это должно было отразиться на накопленном генетическом полиморфизме. А именно: в этих участках генома должна быть повышена частота вариабельных нуклеотидных позиций, где у одних людей стоит нуклеотид Ц , а у других — Г . Исследователи проверили это предположение по имеющимся геномным данным (не только исландским), и оно подтвердилось. Это значит, что повышенная частота мутаций Ц → Г в этих областях генома свойственна нашему виду уже давно. Но насколько давно? Чтобы это выяснить, ученые обратились к геномам обезьян. Оказалось, что шимпанзе и гориллы схожи с человеком по распределению полиморфизмов Ц → Г , а орангутаны и другие обезьяны — нет. По-видимому, это означает, что выявленная особенность — повышенная частота мутаций Ц → Г в нескольких строго определенных участках генома — возникла у наших предков после их отделения от предков орангутанов, но до отделения от предков горилл. Иными словами, она возникла у ранних представителей африканских больших человекообразных обезьян.