Ahora se han generado nuevos conjuntos de genomas de gran simio de mayor calidad sin la guía del genoma de referencia humano. El esfuerzo por reducir el sesgo de descubrimiento "humanizante" en genomas de gran simio proporciona una visión más clara de las diferencias genéticas que surgieron como humanosdivergido de otros primates.
En la edición del 8 de junio de ciencia , los investigadores informan sobre genomas mejorados de orangutanes y chimpancés que fueron construidos desde cero usando secuenciación PacBio de lectura larga y tecnología de mapeo de largo alcance. Los genomas altamente contiguos y recientemente ensamblados presentan un mejor recurso para el descubrimiento de genes novedosos y genómica comparativa de alta resoluciónentre los grandes simios
El proyecto multiinstitucional, que involucró a más de 40 científicos en una docena de centros de investigación, fue dirigido por Zev N. Kronenberg y Evan Eichler, investigador del Instituto Médico Howard Hughes en el Departamento de Ciencias del Genoma de la Facultad de Medicina de la Universidad de WashingtonKronenberg es ahora un biólogo computacional senior en Phase Genomics.
Los científicos señalan que muchas de las diferencias genéticas entre los humanos y otros simios no se reconocieron cuando se compararon sus genomas por primera vez. Las áreas de cambio estructural rápido aún eran nebulosas en los primeros ensamblajes de genoma de borrador. Esto hizo que fuera difícil de comparar y limitódescubrimiento de las diferencias funcionales que distinguen a los humanos de otros simios.
Al acoplar el ensamblaje de secuencia de lectura larga con un enfoque de andamiaje del genoma híbrido, los investigadores resolvieron la mayoría de las lagunas en los genomas de los simios. Algunas de estas lagunas contenían genes, que ahora están correctamente anotados en los nuevos genomas. Para comprender mejor el genestructuras, los autores complementaron este esfuerzo mediante la secuenciación de más de 500,000 genes completos de cada especie.
La investigación más reciente proporciona el catálogo más completo de variantes genéticas que se obtuvieron o perdieron en diferentes linajes de simios. Algunas de estas variantes afectan la forma en que los genes se expresan diferencialmente entre humanos y simios.
Los investigadores examinaron la posible influencia de algunas de las variantes genéticas y los reguladores de la función génica en áreas tales como las diferencias en la dieta humana y de los simios, la anatomía y la formación del cerebro.
El análisis comparativo del equipo de investigación de genomas humanos y de grandes simios también incluyó un conjunto de gorila, un nuevo conjunto de un genoma humano africano y un conjunto de mole de forma hidatídica haploide humana. Debido a que contienen solo la mitad de los cromosomas humanos emparejados, estudios deestos raros crecimientos humanos ayudan a distinguir genes duplicados similares. Todos los genomas fueron secuenciados y ensamblados usando el mismo proceso.
Además, los investigadores estudiaron los organoides cerebrales: tejidos cultivados en laboratorio extraídos de células madre de simios o humanos y formando una versión simplificada de partes de órganos. Se examinaron estos proxies cerebrales para tratar de comprender cómo las diferencias en la expresión génica durante el desarrollo cerebral enlos humanos y los chimpancés podrían explicar el volumen cerebral más pequeño de los chimpancés, que es tres veces menor que el volumen del cerebro humano. También hay diferencias significativas en las estructuras corticales en los cerebros humanos y chimpancés.
Los investigadores observaron en los organoides que ciertos genes, particularmente aquellos en las células que son como los progenitores de las neuronas gliales radiales, están regulados negativamente en humanos en comparación con los chimpancés. Es más probable que esos genes hayan perdido segmentos de ADN específicamente en elrama humana importante en la regulación de su expresión.
Los científicos dijeron que este hallazgo es consistente con una hipótesis de "menos es más" propuesta en la década de 1990 por el ahora retirado profesor de ciencias del genoma de la Facultad de Medicina de la UW Maynard Olson y sus colegas. La hipótesis propone que la pérdida de elementos funcionales contribuye aaspectos críticos de la evolución humana.
Por otro lado, ciertos genes humanos parecen estar vinculados a la regulación positiva de los progenitores neurales y las neuronas excitadoras en el sistema nervioso. Es más probable que estos genes hayan obtenido copias adicionales en la especie humana, en comparación con otros simios, a través deun proceso de duplicación de genes.
Los investigadores dijeron que sus hallazgos recientes coinciden con sus estudios anteriores que muestran que los genomas del linaje ancestral común para los grandes simios africanos probablemente experimentaron una expansión de la duplicación segmentaria hace más de 10 millones de años. Estas repeticiones de secciones del código genético puedenhan hecho que los genomas de los grandes simios sean particularmente propensos a los eventos de deleción y duplicación, acelerando así la tasa de mutaciones con importantes consecuencias que ayudaron a impulsar la evolución de las especies de simios.
Otros descubrimientos reportados en este artículo de Science provienen de una investigación sobre el origen de un virus fósil, similar a los retrovirus actuales, que se cree que estuvo presente en el genoma del ancestro común de todos los simios africanos. La secuencia de alta calidadayudó a identificar la "fuente PtERV1", común a los chimpancés y gorilas. Los chimpancés y gorilas de hoy en día llevan cientos de inserciones retrovirales de PtERV1 que parecen haberse originado en esta fuente que nunca llegaron al genoma humano. La "fuente PtERV1" se pasó por alto enlos primeros genomas preliminares porque se asignaron a brechas ricas en repetición.
En otros aspectos de este proyecto, la comparación de los conjuntos del genoma del gorila y el humano identificó una nueva inversión de la secuencia del gorila cerca de un gen importante que controla la morfología de la columna del pene, de la que carecen los humanos. Estas pequeñas protuberancias en la superficie de la piel ocurren en los simios y algunos otrosmamíferos.
Los humanos también se sometieron a la eliminación de algunos genes involucrados en la síntesis de ácidos grasos. En este proyecto se identificaron algunos cambios genéticos relacionados con el metabolismo de la dieta. Estos pueden haber jugado un papel relevante en la evolución de las especies de simios.manteniéndose estrictamente vegetariano para comer casi cualquier cosa.
Los investigadores en este estudio predicen que las tecnologías de secuenciación y mapeo más avanzadas y de largo alcance, e incluso la secuenciación de lectura más larga, ayudarán a aumentar el conocimiento sobre el viaje evolutivo realizado por los grandes simios y nuestros antepasados humanos. Los científicos advierten quelos genomas de los simios y su trabajo en ellos aún no están completos porque a los ensamblajes del genoma todavía les faltan otras variaciones estructurales más grandes y complejas que aún no se pueden ensamblar.
"Nuestro objetivo", dijo Eichler, "es generar múltiples genomas de simios con la misma calidad que el genoma humano. Solo así podremos comprender realmente las diferencias genéticas que nos hacen únicos humanos".
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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