Кіріспе

Шымпанзе геномның ДНҚ тізбесін анықтауға жасалған күш-жігер
Шымпанзе геном жобасы – шимпанзе геномның ДНҚ тізбесін анықтауға бағытталған жұмыс болды. Секвенирлеу 2005 жылы басталды, ал 2013 жылға қарай жиырма төрт жеке шимпанзе секвенирленді. Бұл жоба Ұлы маймылдар геном жобасына біріктірілді. 2013 жылы шимпанзелердің төрт танылған түршесінің әрқайсысы үшін жоғары сапалы тізбектер жарияланды: Орталық шимпанзе (Pan troglodytes troglodytes) – 10 тізбек; Батыс шимпанзе (Pan troglodytes verus) – 6 тізбек; Нигерия-Камерун шимпанзесі (Pan troglodytes ellioti) – 4 тізбек; және Шығыс шимпанзесі (Pan troglodytes schweinfurthii) – 4 тізбек. Олардың барлығы шамамен бір жеке тұлғаға 25 еселік жабылу деңгейімен секвенирленді.

Өмірбаян

Адам мен шимпанзе хромосомалары өте ұқсас. Басты айырмашылық – адамдарда басқа үлкен маймылдарға қарағанда бір жұп хромосомаға аз. Адамдарда 23 жұп хромосома бар, ал басқа үлкен маймылдарда 24 жұп хромосома бар. Адам эволюциясының барысында екі ататек маймыл хромосомасы өз теломераларында бірігіп, адамның 2-ші хромосомасын құрады. Шимпанзелер мен адамдар арасында тоғыз негізгі хромосомалық айырмашылық бар: адамның 1, 4, 5, 9, 12, 15, 16, 17 және 18-ші хромосомаларындағы хромосома сегменттерінің инверсиясы. Адам геномы жобасы аяқталғаннан кейін шимпанзе геномы жобасы басталды. 2003 жылдың желтоқсан айында екі геномда ортақ 7600 генге жасалған алдын ала талдау, сөйлеу дамуына қатысатын P2 транскрипциялық факторы сияқты кейбір гендердің адам тектесінде әртүрлі екенін растады. Сонымен қатар, естуге қатысты бірнеше гендердің адам эволюциясы кезінде өзгергені анықталды, бұл адам тіліне байланысты мінез-құлыққа қатысты таңдауға нұсқау береді. Жеке адамдар мен шимпанзелер арасындағы айырмашылықтар, әдеттегідей, екі адам арасындағы айырмашылықтардан шамамен 10 есе көп деп есептеледі. Тағы бір зерттеуде ген экспрессиясын реттейтін белгілі механизм – ДНҚ метилирлеу үлгілерінің адамдар мен шимпанзелердің префронтальды қабығында әртүрлі екені көрсетілді және бұл айырмашылық екі түрдің эволюциялық айырмашылығына ықпал еткені анықталды.

Шымпанзелердің геномдық тізбектерінің жобасы

Шымпанзе геномдық тізбегінің талдауы 2005 жылғы 1 қыркүйекте Nature журналында жарияланды, бұл мақала National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health ұлттық институтының бірі, National Human Genome Research Institute қолдауымен жұмыс істейтін ғалымдар тобының – «Шымпанзе тізбектілік және талдау консорциумының» еңбегі болды. Мақалада геномдық тізбектің жобасы аяқталғаны хабарланды. Адам мен шимпанзе арасындағы тізбек айырмашылықтарының көп бөлігі гендердің дупликациялануымен байланысты. Жалғыз негіз жұптарының алмасуы гендердің дупликациялануына қарағанда генетикалық өзгерістердің шамамен жартысын құрайды. Типик адам және шимпанзе гомологтарының ақуыздары күрделірек екі аминқышқылымен ғана ерекшеленеді. Адам ақуыздарының шамамен 30 пайызы шимпанзе ақуыздарының тізбегімен толық сәйкес келеді. Жоғарыда айтылғандай, гендердің дупликациялануы адам мен шимпанзе генетикалық материалы арасындағы айырмашылықтардың маңызды себебі болып табылады. Қазіргі уақытта геномның шамамен 2,7 пайызы 6 миллион жыл ішінде гендердің дупликациялануы немесе жойылуы нәтижесінде пайда болған айырмашылықтарды көрсетеді, бұл адамдар мен шимпанзе ортақ эволюциялық ата-бабасынан бөлінген кезден бастап есептеледі. Адам популяциялары арасындағы салыстырмалы айырмашылық 0,5 пайызды құрайды. Адам және шимпанзе тұқымдарында күшті оң таңдауға ұшыраған 600-ге жуық ген анықталды; осы гендердің көпшілігі иммундық жүйенің микробтық ауруларға қарсы қорғанысына қатысады (мысалы, гранулизин Mycobacterium tuberculosis-ке қарсы қорғаныс қызметін атқарады) немесе патогенді микроорганизмдердің рецепторлары болып табылады (мысалы, гликофорин C және Plasmodium falciparum). Адам және шимпанзе гендерін басқа сүтқоректілердің гендерімен салыстыру нәтижесінде, транскрипция факторларын кодтайтын гендер, мысалы, forkhead box P2 (FOXP2), шимпанзеге қарағанда адамда көбірек эволюцияға ұшырағаны анықталды. Бұл гендердегі салыстырмалы түрде шағын өзгерістер адам мен шимпанзе арасындағы морфологиялық айырмашылықтарды түсіндіруге мүмкіндік береді. 348 транскрипция факторлары гендері ақуыздарды кодтайды, олардың аминқышқылындағы өзгерістер адам ұрпағында шимпанзе ұрпағына қарағанда шамамен 50 пайызға артық. Соңғы 250 000 жыл ішінде ерекше күшті және үйлесімді таңдауға ұшыраған алты адам хромосомалық аймағы анықталды. Бұл аймақтарда кем дегенде бір маркерлік аллель бар, ол адам ұрпағына тән, ал хромосомалық аймақтың барлығы қалыпты генетикалық вариациядан төмен. Бұл үлгі хромосомалық аймақтағы бір немесе бірнеше күшті таңдалған гендердің басқа жақын орналасқан гендерде бейтарап өзгерістердің кездейсоқ жиналуына кедергі келтіруі мүмкін екенін көрсетеді. 7-хромосомадағы осындай аймақтың бірі FOXP2 генін (жоғарыда аталған) қамтиды және бұл аймаққа цистикалық фиброздың трансмембраналық өткізгіштігін реттегіш (CFTR) гені де кіреді, ол тер бездерінің тұз бөліп шығаратын эпителийі сияқты тіндерде иондардың тасымалы үшін маңызды. CFTR геніндегі адам мутациялары холерадан аман қалуға көмектесуі мүмкін. 4-хромосомадағы тағы бір аймақ мидың дамуы мен жұмысы үшін маңызды болуы мүмкін жақын орналасқан протокадерин генінің экспрессиясын реттейтін элементтерді қамтуы мүмкін. Мида экспрессияланатын гендердің экспрессиясындағы өзгерістер орташа алғанда бауыр сияқты басқа органдарға қарағанда аз болғанымен, мидағы гендік экспрессиядағы өзгерістер шимпанзеге қарағанда адам ұрпағында айтарлықтай күрт. Бұл адам миының дамуының ерекше үлгісі мен ата-баба маймылдарының үлгісі арасындағы айырмашылыққа сәйкес келеді. 5-хромосомадағы протокадерин бета гендер кластері де оң таңдаудың болуын көрсетеді. Адам және шимпанзе геномдарын талдаудың нәтижелері кейбір адам ауруларын түсінуге көмектесуі керек. Адамдар функционалды Caspase 12 генін жоғалтқан сияқты, ал басқа приматтарда бұл ген Альцгеймер ауруынан қорғайтын ферментті кодтайды.

2-хромосоманың синтездік орнындағы гендер

Шымпанзе геномдық жобасының нәтижелері 2А және 2В аталық хромосомалардың бірігіп, адамның 2-хромосомасын құрағанда, 2А және 2В біріккен ұштарынан ешқандай ген жоғалмағанын көрсетеді. Бірігу орнында шимпанзелердің 2А және 2В хромосомаларында кездеспейтін шамамен 150 000 жұп негіздердің тізбегі табылды. PGML/FOXD/CBWD гендерінің қосымша байланысқан көшірмелері адам геномында басқа жерлерде де кездеседі, әсіресе 9-хромосоманың p ұшында. Бұл осы гендердің көшірмесінің бірігу оқиғасынан бұрын 2А немесе 2В аталық хромосомаларының соңына қосылған болуы мүмкін екенін ұсынады. Бұл енгізілген гендердің таңдаулық артықшылық беретіні әлі анықталған жоқ. PGM5P4. Адамның 2-хромосомасының фосфоглюкомутаза псевдогені. Бұл ген толық емес және функционалды транскрипт өндірмейді. FOXD4L1. Торша тәрізді қапшық D4 гені интронсыз геннің мысалы болып табылады. Бұл геннің функциясы белгісіз, бірақ ол транскрипцияны бақылайтын белокты кодтауы мүмкін. CBWD2. Кобаламин синтетаза – В12 витаминін синтездейтін бактериялық фермент. Ежелгі уақыттарда егеуқұйрықтар мен гоминидтердің ортақ атасы кобаламин синтетаза генінің көшірмесін қамтыған (қараңыз: Көлденең гендік трансфер). Адамдар кобаламин синтетазаға ұқсас гендердің бірнеше көшірмесіне ие екендігімен ерекшеленеді, соның ішінде 2-хромосомадағысы да бар. Бұл адамның кобаламин синтетазаға ұқсас гендерінің функциясы әлі анықталған жоқ. Егер бұл гендер В12 витаминінің метаболизміне қатысса, бұл адам эволюциясы үшін маңызды болуы мүмкін. Адамның дамуындағы маңызды өзгеріс – басқа гоминидтерге қарағанда туғаннан кейінгі ми өсуінің жоғары деңгейі. В12 витамині ми дамуы үшін маңызды, ал ми даму кезеңінде В12 витаминінің жетіспеушілігі адам балаларында ауыр неврологиялық бұзылыстарға әкеледі. WASH2P. Бұл аймаққа сәйкес келетін, функциясы белгісіз бірнеше транскрипттер бөлініп алынды. Бұл аймақ сонымен қатар PGML/FOXD/CBWD гендерінің көшірмелерін қамтитын 9p хромосомасының жақын туысқан терминалды аймағында да кездеседі. RPL23AP7. Адам геномында көптеген рибосомалық L23a протеин псевдогендері шашырап орналасқан.