Перспективы отбора. От зелёных пеночек и бессмысленного усложнения до голых землекопов и мутирующего человечества

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.

Некоторые косвенные признаки указывают на то, что повышенная вероятность «материнских» мутаций Ц→Г характерна для тех участков, где в стареющих ооцитах часто происходят разрывы ДНК. Эти участки по каким-то причинам рвутся чаще других, а мутации Ц→Г появляются в ходе починки (репарации) двойных разрывов. Напомним, что клетки-предшественники сперматозоидов постоянно делятся и большинство мутаций в них — это ошибки репликации ДНК. Напротив, предшественники яйцеклеток не делятся, а на годы и десятилетия «застывают» на определенной стадии (профазе первого деления) мейоза. Поэтому большинство мутаций в них — это результаты повреждений ДНК, не связанных с репликацией. Возможно, дело тут в особенностях конфигурации хромосом в профазе I мейоза, в прочности их разных участков и в «структурном стрессе», которому подвергаются хромосомы ооцитов в области перекрестов, где происходит кроссинговер.