[논문 리뷰] Genome-wide Scan of Archaic Hominin Introgressions in Eurasians Reveals Complex Admixture History

Ya Hu, Yi Wang외 6명|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 30.

Pleistocene-Era Hominins and Archaeology참고 문헌 26인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고대 인간 유전체의 參照 서열을 필요로 하지 않고, 고대 유전적 특성의 돌연변이를 표지자로 사용하여 유라시아 인류 게놈에서 고대 인류의 유전자 유입을 탐지하는 새로운 방법을 제시한다. 이 방법은 네안데르탈(60.3%)과 두 개의 알려지지 않은 고대 인류(각각 약 859,000년과 약 3,464,000년 전에 현대 인류와 분리됨)를 유전자 유입의 원천으로 밝혀내었으며, 고대 DNA가 유라시아 인류 게놈의 2.4%를 차지하고 있음을 확인하고, 인류 간 복잡한 혼혈 역사를 드러낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고대 인류의 게놈 서열을 참조로 하지 않고도, 유라시아 인류 게놈 내 고대 인류의 유전자 유입을 탐지하는 것.
• 현대 인류와의 분리 이후 발생한 돌연변이(고대 유전적 특성의 돌연변이)가 뚜렷하게 축적된 유전자 세그먼트를 식별하는 것.
• 유라시아 인구에서 고대 DNA의 비율을 추정하고, 여러 고대 라인내지의 진화적 역사를 유추하는 것.
• 돌연변이 패tern을 활용하여 다양한 종 간 혼혈 연구에 적용 가능한 방법을 개발하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 현대 인류와의 분리 이후 고대 라인내지에서 발생한 돌연변이(고대 유전적 특성의 돌연변이)를 식별한다.
• 유전체 전체와 비교해 고대 유전적 특성의 돌연변이가 뚜렷하게 축적된 세그먼트를 검색한다.
• 다이나믹 프로그래밍 알고리즘을 사용해 돌연변이 밀도가 다양한 수준인 유전체 영역으로 나누어진다.
• 유전자 유입 경계는 돌연변이 밀도의 전환점을 탐지함으로써 추론되며, 이는 유입된 영역를 정밀하게 국소화할 수 있게 한다.
• 검출된 세그먼트의 돌연변이 구성과 유전체 나머지 부분의 구성 비교를 통해 돌연변이 축적 정도를 평가한다.
• 이 방법은 직접적인 고대 게놈 서열을 필요로 하지 않으며, 고대 라인내지 고유의 돌연변이 패턴에 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유라시아 인류 게놈의 어느 정도가 고대 인류의 유전자 유입에서 기인했으며, 어떤 고대 라인내지가 기여했는가?
• RQ2 고대 인류의 게놈 서열을 참조로 하지 않고서는 어떻게 유입된 세그먼트를 식별할 수 있는가?
• RQ3 어느 고대 인류 라인내지가 현대 유라시아 인류 게놈에 가장 큰 기여를 했는가?
• RQ4 네안데르탈과 디노소반 이외의 여러 고대 인류 라인내지가 현대 인간 유전적 기원에 기여했는가?
• RQ5 알 수 없는 고대 인류 라인내지의 진화적 시기와 현대 인류, 네안데르탈과의 관계는 어떠한가?

주요 결과

• 네안데르탈의 유전자 유입은 유라시아인에서 검출된 모든 고대 인류 유전자 유입의 60.3%를 차지했다.
• 검출된 유전자 유입 세그먼트는 디노소반 게놈보다 알타이 네안데르탈과 더 많은 고대 특성 돌연변이를 공유했으며, 이는 알타이 라인내지와 더 가까운 유전적 관련성을 지닌다는 것을 시사한다.
• 두 개의 알려지지 않은 고대 인류 라인내지가 유라시아 인류 유전에 기여했으며, 현대 인류와의 분리 시점은 각각 약 859,000년 전과 약 3,464,000년 전이었다.
• 3,464,000년 전에 분리된 라인내지는 현대 인류와 네안데르탈의 공동 조상에 기여했다.
• 고대 인류의 유전자 유입은 모두 유라시아 인류 게놈의 2.4%를 차지한다.
• 제안된 방법은 직접적인 고대 게놈 서열이 없이도 성공적으로 유전자 유입을 탐지했으며, 이는 종 간 혼혈 연구에 더 넓은 적용 가능성을 제공한다.