现代非洲人和欧洲人的尼安德特人血统可能比以前想象的要多

 
由约书亚·艾基(Joshua Akey)领导的普林斯顿研究人员团队发现，非洲人的尼安德特人血统比以前想象的要多得多，这只能通过开发新方法才能观察到。图片来源：普林斯顿大学交流办公室马蒂尔达·卢克(Matilda Luk)，尼安德特人的DNA序列在现代非洲人中可能比以前认为的更为普遍，不同的非非洲人口的尼安德特人的血统水平令人惊讶地彼此相似，该研究于1月30日发表在该杂志上细胞。研究人员通过开发一种称为IBDmix的新统计方法来鉴定现代人类基因组中的尼安德特人序列，从而得出了这些发现。结果还表明，非洲基因组包含尼安德特人序列，部分原因是当今欧洲人的祖先向后迁移。
普林斯顿大学的资深研究作者约书亚·阿基说：“我们的研究意义重大，因为它为了解人类历史和全球多样化人群的尼安德特人血统模式提供了重要的新见解。” “我们的结果完善了尼安德特人序列有害且有利的基因组区域目录，并证明了尼安德特人的基因组残留物在迄今为止研究的每个现代人群中均能幸存。”
过去的研究表明，东亚人的尼安德特人血统比欧洲人多20%。但是新发现表明，由于方法的局限性，这些估计值可能存在偏差。以前开发的方法，例如S *，使用的是现代参考面板-通常假设非洲人口缺乏尼安德特人的血统。但是，如果参考面板意外地包含尼安德特人的序列，那么该方法将低估现代人的尼安德特人的血统。
为了解决这个问题，Akey和他的同事开发了IBDmix，将其作为一种检测古老血统的新方法。该方法不是使用现代的参考专家组，而是计算通过后代(IBD)与原始参考基因组共享同一个体基因型的概率。与S *相比，IBDmix是一种偏差较小的方法，因为它具有更高的统计能力来检测共享的古旧序列，并且产生的假阳性更少。
研究人员将IBDmix应用到来自1000个基因组计划的2,504个现代个体中，该个体代表了不同的地理区域，并使用Altai Neanderthal参考来识别这些个体中的Neanderthal序列。他们首次稳固地鉴定了非洲人的尼安德特人血统区域，在分析的非洲样品中每个人平均识别出尼安德特人序列平均17兆碱基(Mb)(约占基因组的0.3%)，而不到一个兆碱基在以前的研究中报道过。在非洲样品中鉴定出的尼安德特人序列中超过94%与非非洲人共享。
研究人员还观察到欧洲人(51 Mb /个人)，东亚人(55 Mb /个人)和南亚人(55 Mb /个人)的尼安德特人血统水平令人惊讶地彼此相似。令人惊讶的是，东亚人的尼安德特人血统仅比欧洲人高8%，而先前的报道为20%。阿基说：“这表明，当今大多数尼安德特人的血统都可以追溯到一个共同的杂交事件，涉及到所有非非洲人的祖先种群。”
为了探究非洲人尼安德特人血统异常高的潜在解释，研究人员随后将实际数据与源自不同人口统计学模型的模拟基因型数据进行了比较。该分析考虑了各种序列特征，例如共享的古代片段的长度，这些片段在非洲人中的出现频率以及非洲人与非非洲人之间专门共享的序列数量。
他们发现，非洲人与欧洲人仅占尼安德特人序列的7.2%，而东亚人仅占2%。模拟表明，在过去的20,000年中，低水平的反向迁移持续存在可以复制数据的特征，因此可能是对不同现代人群中所观察到的祖先水平的可能解释。结果表明，与东亚人相比，欧洲人先前开发的使用非洲参考人口的方法在很大程度上偏低了欧洲人的尼安德特人血统。阿基说：“总体而言，这些结果表明，东亚人和欧洲人对尼安德特人的祖先估计有偏见，原因是欧洲人的祖先没有向非洲迁徙回国。
但是基因流动是双向的。数据还表明，大约有200,000年前，现代人类散布在非洲之外，该群体与尼安德特人杂交，将现代人类DNA引入了尼安德特人的基因组。这组作者说，在解释基因组变异的整体模式时，必须考虑非洲以外和非洲的扩散。
阿基说：“我们经常以非常简单的术语来概念化人类历史，这一事实令我感到震惊。” “例如，我们经常想象发生在60,000到80,000年前发生在非洲的一次驱散事件，导致了世界人民的死亡。但是，我们的结果表明，这段历史更加有趣，并且有许多驱散浪潮非洲，其中一些导致了现代人类和尼安德特人之间的融合，我们今天在所有活着的人的基因组中看到了这种融合。”
研究人员还使用IBDmix在现代人类中鉴定了51种高频尼安德特人单倍型-倾向于一起遗传的DNA变异集，包括以前开发的方法未发现的几种。他们首次在非洲人中检测到高频尼安德特人单倍型，并且包含这些单倍型的区域富含涉及免疫功能和紫外线敏感性的基因。这些单元型可能反映了有益的尼安德特人序列在现代人类中通过称为适应性渗入的过程迅速被驱动为高频的情况。 Akey说：“这些新颖的发现提供了对这些人群进化史，他们所面临的选择压力以及当前健康和疾病变化的见解。”
作者注意到其方法的一些局限性。因为IBDmix需要一个古老的参考基因组，所以它不适合发现现代人类与未知或无序列人参谱系之间共享的序列。另外，该方法需要至少十个人的测序基因组以进行可靠的推断。在以后的研究中，Akey和他的团队计划将其方法应用于更多的非洲人口，在功能上表征可能有利的尼安德特人序列，并研究这些古老序列对现代人类健康和疾病的影响。