Moderne afrikanere og europæere kan have flere neandertaler-forfædre end tidligere antaget

Neanderthal-DNA-sekvenser kan være mere almindelige hos moderne afrikanere end tidligere antaget, og forskellige ikke-afrikanske befolkninger har niveauer af neandertaler herkomst, der overraskende ligner hinanden, finder en undersøgelse, der offentliggøres 30. januar i tidsskriftet Celle . Forskere nåede frem til disse resultater ved at udvikle en ny statistisk metode, kaldet IBDmix, at identificere neandertalersekvenser i moderne menneskers genomer. Resultaterne tyder også på, at afrikanske genomer indeholder neandertaler-sekvenser delvist på grund af tilbage-migrering af forfædre til nutidens europæere.

"Vores undersøgelse er betydningsfuld, fordi den giver vigtig ny indsigt i menneskets historie og mønstre for neandertalers herkomst i globalt forskellige befolkninger, " siger senior studieforfatter Joshua Akey fra Princeton University. "Vores resultater forfiner kataloger over genomiske regioner, hvor neandertalersekvensen var skadelig og fordelagtig og viser, at rester af neandertalergenomer overlever i enhver moderne menneskelig befolkning, der er undersøgt til dato."

Tidligere undersøgelser har antydet, at østasiatere har cirka 20 % flere neandertaler-forfædre sammenlignet med europæere. Men de nye resultater tyder på, at disse estimater kan have været forudindtaget på grund af metodiske begrænsninger. Tidligere udviklede tilgange, såsom S*, brug et moderne referencepanel - normalt en afrikansk befolkning, der antages at mangle neandertaler-forfædre. Men hvis referencepanelet uventet indeholder neandertalersekvenser, så vil metoden undervurdere neandertalers herkomst hos moderne mennesker.

For at løse dette problem, Akey og hans kolleger udviklede IBDmix som en ny kategori af metoder til at påvise arkaiske herkomst. I stedet for at bruge et moderne referencepanel, metoden beregner sandsynligheden for, at et individs genotype deles identisk ved afstamning (IBD) med et arkaisk referencegenom. Sammenlignet med S*, IBDmix er en mindre forudindtaget tilgang, fordi den har højere statistisk kraft til at detektere delte arkaiske sekvenser og giver færre falske positiver.

Forskerne anvendte IBDmix til 2, 504 moderne individer fra 1000 Genomes Project, som repræsenterer geografisk forskelligartede befolkninger, og brugte Altai Neanderthal-referencen til at identificere neandertalersekvensen hos disse individer. De har for første gang identificeret områder med neandertaler herkomst hos afrikanere, identificerer i gennemsnit 17 megabaser (Mb) neandertalersekvens pr. individ i de analyserede afrikanske prøver (hvilket svarer til ca. 0,3 % af genomet), sammenlignet med mindre end én megabase rapporteret i tidligere undersøgelser. Mere end 94% af neandertalersekvensen identificeret i afrikanske prøver blev delt med ikke-afrikanere.

Forskerne observerede også niveauer af neandertaler herkomst hos europæere (51 Mb/individ), østasiater (55 Mb/person), og sydasiater (55 Mb/individ), der var overraskende lig hinanden. Påfaldende nok, Østasiatere havde kun 8% flere neandertaler-afstamning sammenlignet med europæere, i modsætning til tidligere rapporter på 20 pct. "Dette tyder på, at det meste af den neandertaler-forfædre, som individer har i dag, kan spores tilbage til en fælles hybridiseringsbegivenhed, der involverer befolkningen, der er forfædre til alle ikke-afrikanere, fandt sted kort efter spredningen uden for Afrika, " siger Akey.

For at udforske potentielle forklaringer på den uventede høje neandertaler herkomst hos afrikanere, forskerne sammenlignede derefter de faktiske data med simulerede genotypedata fra forskellige demografiske modeller. Denne analyse tog højde for forskellige sekvenskarakteristika, såsom længden af ​​de delte arkaiske segmenter, hyppigheden af ​​disse segmenter i afrikanere, og mængden af ​​sekvens, der udelukkende deles mellem afrikanske og ikke-afrikanske befolkninger.

De fandt ud af, at afrikanere udelukkende deler 7,2 % af neandertalersekvensen med europæere, sammenlignet med kun 2 % hos østasiatere. Simuleringer viste, at lave niveauer af tilbagemigrering, der har været vedvarende over de sidste 20, 000 år kan replikere træk ved dataene og kunne derfor være en mulig forklaring på de observerede niveauer af herkomst blandt forskellige moderne befolkninger. Resultaterne tyder på, at tidligere udviklede metoder, der anvender en afrikansk referencepopulation, i højere grad er forudindtaget i forhold til at undervurdere neandertalernes herkomst hos europæere sammenlignet med østasiater. "Tilsammen disse resultater viser, at estimater af neandertaler-forfædre hos østasiatere og europæere var partiske på grund af uforskyldte tilbagevandringer fra europæiske forfædre til Afrika, " siger Akey.

Men genstrømmen gik i begge retninger. Dataene tyder også på, at der var en spredning af moderne mennesker ud af Afrika omkring 200, 000 år siden, og denne gruppe hybridiserede med neandertalere, at introducere moderne menneskeligt DNA i neandertalernes genomer. Ifølge forfatterne, både ud-af-Afrika og ind-Afrika spredning skal tages i betragtning ved fortolkning af globale mønstre af genomisk variation.

"Jeg er slået af det faktum, at vi ofte konceptualiserer menneskets historie i meget enkle vendinger, " siger Akey. "F.eks. vi forestiller os ofte, at der var en enkelt spredning ud af Afrika, der skete 60, 000 til 80, For 000 år siden førte det til verdens befolkning. Imidlertid, vores resultater viser, at denne historie var meget mere interessant, og at der var mange spredningsbølger ud af Afrika, hvoraf nogle førte til en blanding mellem moderne mennesker og neandertalere, som vi ser i genomerne af alle levende individer i dag."

Brug af IBDmix, forskerne identificerede også 51 højfrekvente neandertaler-haplotyper - sæt af DNA-variationer, der har tendens til at blive nedarvet sammen - hos moderne mennesker, herunder flere, der var uopdaget med tidligere udviklede metoder. For første gang, de opdagede højfrekvente neandertaler haplotyper hos afrikanere, og regioner, der indeholder disse haplotyper, er beriget for gener involveret i immunfunktion og ultraviolet strålingsfølsomhed. Disse haplotyper kan afspejle tilfælde af gavnlige neandertalersekvenser, der hurtigt bliver drevet til høj frekvens hos moderne mennesker gennem en proces kendt som adaptiv introgression. "Disse nye resultater giver indsigt i disse befolkningers evolutionære historie, det selektive pres, de stod over for, og nuværende variation i sundhed og sygdom, " siger Akey.

Forfatterne bemærker flere begrænsninger ved deres tilgang. Fordi IBDmix kræver et arkaisk referencegenom, det er ikke egnet til at opdage sekvenser, der deles mellem moderne mennesker og ukendte eller ikke-sekventerede hominin-linjer. Ud over, tilgangen kræver sekventerede genomer fra mindst ti individer for robuste slutninger. I fremtidige undersøgelser, Akey og hans team planlægger at anvende deres tilgang til yderligere afrikanske befolkninger, funktionelt karakterisere neandertalersekvenser, der kan være fordelagtige, og studere implikationerne af disse arkaiske sekvenser i moderne menneskers sundhed og sygdom.