[論文レビュー] Genome-wide Scan of Archaic Hominin Introgressions in Eurasians Reveals Complex Admixture History

Ya Hu, Yi Wang+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2014

Pleistocene-Era Hominins and Archaeology参考文献 26被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、古代人由来のリファレンス配列に依存せずに、古代人特異的突然変異をマーカーとして用いることで、ユーラシア人ゲノムにおける古代人由来の遺伝子流入を検出する新規手法を提案する。Neanderthal（60.3％）および2つの未知の古代ホミニン（分化時刻はそれぞれ約859,000年および約3,464,000年前）が流入源であると同定し、古代人由来DNAがユーラシア人ゲノムの2.4％を占めることを明らかにした。これは、ホミニン間の複雑な交雑史を示唆している。

ABSTRACT

Introgressions from Neanderthals and Denisovans were detected in modern humans. Introgressions from other archaic hominins were also implicated, however, identification of which poses a great technical challenge. Here, we introduced an approach in identifying introgressions from all possible archaic hominins in Eurasian genomes, without referring to archaic hominin sequences. We focused on mutations emerged in archaic hominins after their divergence from modern humans (denoted as archaic-specific mutations), and identified introgressive segments which showed significant enrichment of archaic-specific mutations over the rest of the genome. Furthermore, boundaries of introgressions were identified using a dynamic programming approach to partition whole genome into segments which contained different levels of archaic-specific mutations. We found that detected introgressions shared more archaic-specific mutations with Altai Neanderthal than they shared with Denisovan, and 60.3% of archaic hominin introgressions were from Neanderthals. Furthermore, we detected more introgressions from two unknown archaic hominins whom diverged with modern humans approximately 859 and 3,464 thousand years ago. The latter unknown archaic hominin contributed to the genomes of the common ancestors of modern humans and Neanderthals. In total, archaic hominin introgressions comprised 2.4% of Eurasian genomes. Above results suggested a complex admixture history among hominins. The proposed approach could also facilitate admixture research across species.

研究の動機と目的

• 古代ホミニン由来のリファレンス配列を必要とせずに、ユーラシア人ゲノムにおける古代ホミニン由来の遺伝子流入を検出すること。
• 現代人から分岐した後に生じた突然変異（古代人特異的突然変異）が豊富に含まれる遺伝子流入領域を同定すること。
• ユーラシア人集団における古代人由来DNAの割合を推定し、複数の古代ホミニン系統の進化的歴史を推察すること。
• 突然変異パターンを活用することで、種間交雑研究に応用可能な手法を開発すること。

提案手法

• 本手法は、現代人から分岐した後に生じた古代ホミニン特異的突然変異（アーカイブ特異的突然変異）を同定する。
• ゲノム全体と比較して、古代ホミニン特異的突然変異が有意に豊富に含まれる領域をスキャンする。
• 動的計画法を用いて、突然変異密度の変化に応じてゲノムを異なる密度の領域に分割する。
• 突然変異密度の変化の遷移を検出し、遺伝子流入領域の境界を同定することで、正確な局所化を可能にする。
• 検出された領域の突然変異構成をゲノム全体と比較し、突然変異の豊富さを評価する。
• 直接的な古代人ゲノム配列を必要とせず、古代ホミニン系統固有の突然変異パターンに依存する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ユーラシア人ゲノムのどの程度が古代ホミニン由来の遺伝子流入に起因し、どの古代ホミニン系統が寄与したか？
• RQ2 古代ホミニン由来のリファレンス配列を用いずに、遺伝子流入領域をどのように同定できるか？
• RQ3 どの古代ホミニン系統が現代のユーラシア人ゲノムに最も多く寄与したか？
• RQ4 ネアンデルタール人やデニソワ人を越えて、現代人由来の祖先に寄与した複数の未知の古代ホミニン系統が存在するか？
• RQ5 未知の古代ホミニン系統の進化的時刻および現代人やネアンデルタール人との関係は何か？

主な発見

• ネアンデルタール人由来の遺伝子流入は、ユーラシア人の遺伝子流入領域全体の60.3％を占めた。
• 検出された遺伝子流入領域は、デニソワ人ゲノムと比較してアルタイネアンデルタール人ゲノムとより多くの古代人特異的突然変異を共有しており、アルタイ系統との遺伝的関係が近いことを示している。
• 2つの未知の古代ホミニン系統がユーラシア人の祖先に寄与しており、現代人から分岐したのはそれぞれ約859,000年および約3,464,000年前である。
• 3,464,000年前に分岐した系統は、現代人とネアンデルタール人の共通祖先に寄与した。
• 古代ホミニン由来の遺伝子流入は、合計でユーラシア人ゲノムの2.4％を占めている。
• 提示された手法は、直接的な古代人ゲノム配列を必要とせず、種間交雑研究への広範な応用が可能であることを示した。