Bilangan mutasi pada kanak-kanak bergantung pada usia kedua-dua ibu bapa • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Antropologi, Evolusi

Bilangan mutasi pada kanak-kanak bergantung pada usia kedua ibu bapa.

Rajah. 1. Ketergantungan pelbagai indikator neurokognitif pada kanak-kanak (berusia dari 8 bulan hingga 7 tahun) pada usia bapa (garis putus-putus) dan ibu (garis pepejal). Paksi menegak – penunjuk neurokognitif, secara mendatar – umur ibu bapa pada masa kelahiran anak. Carta berdasarkan data daripada 33,437 keluarga Amerika. Pindaan dibuat untuk umur dan jantina kanak-kanak, umur ibu bapa kedua, bangsa, status sosioekonomi dan parameter lain yang boleh mengganggu hubungan yang diingini. Ia dapat dilihat bahawa kebanyakan petunjuk neurokognitif berkurangan dengan usia bapa, tetapi bukan ibu. Bayley mental dan Bayley motor – petunjuk perkembangan mental dan fizikal kanak-kanak, seperti yang dinilai pada skala Bailey (lihat Bayley Scales of Infant Development). Stanford Binet IQ – pekali kecerdasan pada skala Stanford-Binet (lihat Stanford-Binet Intelligence Scales). Graham ernhart – Ujian menyusun blok Gram-Earnhart. IQ skala penuh WISC – IQ pada skala Wechsler (Skala Perisikan WISC – Wechsler untuk Kanak-kanak); lihat ujian Wexler. Bacaan WRAT – Ujian WRAT (lihat Ujian Pencapaian Pelbagai) untuk pemahaman bacaan. Gambar dari artikel S. Saha et al., 2009. Umur Mahir Lanjutan Dihubungkan dengan Kesan Neurokognitif Terjejas semasa Bayi dan Kanak-kanak

Genetik Iceland melakukan kajian mutagenesis yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam manusia moden, menganalisis genom penuh 1548 tiga kali ganda, termasuk beberapa ibu bapa dan keturunan mereka.Ternyata setiap bayi yang baru lahir menerima purata 70 mutasi baru, yang bukan ibu bapa, di mana 80% membawa sperma, dan hanya 20% – telur. Peningkatan pesat dalam bilangan mutasi baru dengan usia bapa disahkan: setiap tahun, bapa menambah purata 1.5 mutasi kepada anak-anaknya. Umur ibu juga menjejaskan jumlah mutasi di dalam anak, tetapi tidak banyak: setiap tahun kehidupan ibu membebaskan anak 0.37 mutasi tambahan. Pengagihan mutasi ibu dalam genom ternyata tidak merata: di beberapa laman web, kekerapan kejadian mereka meningkat dengan ketara. Rupa-rupanya, ini disebabkan oleh fakta bahawa kromosom dalam oosit penuaan selalunya terkoyak di kawasan ini. Satu corak yang sama pengagihan mutasi ibu adalah ciri cimpanzi dan gorila, tetapi bukan orang utan. Rupa-rupanya, kita mewarisi corak ini dari wakil awal Afrika kera besar.

Masa depan kesihatan dan evolusi manusia bergantung pada mutasi yang baru muncul yang hadir dalam jumlah besar dalam genom setiap bayi yang baru lahir. Tidak menghairankan, undang-undang mutagenesis pada manusia menarik perhatian paling saintis (lihatManusia bermutasi: apa yang kita pelajari mengenai mutasi kita dalam 15 tahun era genomik, "Unsur", 09/28/2015).

Terdahulu, ia menunjukkan bahawa jumlah mutasi baru (tidak hadir dari ibu bapa) dalam genom bayi yang baru lahir berkembang pesat dengan umur bapa. Anggaran pertama, berdasarkan sampel kecil, menunjukkan bahawa setiap tahun kehidupan bapa menambah kepada anaknya purata kira-kira dua mutasi baru (dan dalam simpanse, sebanyak tiga). Ini kerana sel-sel progenitor sperma (spermatogonia; lihat Spermatogonium) dibahagikan sepanjang masa dewasa. Sebelum setiap bahagian, genom direplikasi, dan semasa replikasi, selalu ada kebarangkalian bahawa kesalahan berlaku – mutasi.

Sebaliknya, prekursor ovum (oosit) dibentuk semasa tempoh perkembangan pranatal dan kemudian disimpan tanpa menjalani bahagian mitosis. Oleh itu, dengan usia ibu, jumlah mutasi baru pada kanak-kanak hampir tidak berkembang. Sekurang-kurangnya, ia dianggap begitu sehingga baru-baru ini, sehingga genetik mempunyai peluang untuk bekerja dengan hanya sebilangan kecil genom penuh ibu bapa dan anak-anak mereka (lihat, dalam cimpanzi, seperti pada manusia, bilangan mutasi dalam keturunan bergantung pada usia bapa, Elementy, 18.06 .2014).

Hubungan antara umur bapa dan jumlah mutasi baru pada kanak-kanak nampaknya berkaitan langsung dengan hubungan negatif antara umur bapa dan indikator neurocognitive kanak-kanak yang diturunkan pada tahun 2009. Kanak-kanak berusia bapa secara purata mempunyai petunjuk neurokognitif yang lebih rendah (Rajah 1). Dengan usia ibu, indikator-indikator ini biasanya bukan sahaja tidak berkurang, malah berkembang. Di sini, sudah tentu, adalah perlu untuk mengambil kira graf yang serupa dengan yang ditunjukkan dalam Rajah. 1, walaupun mereka sedang dibina dengan pindaan kepada pelbagai "faktor rumit", seperti status sosioekonomi, mereka masih tidak dapat mengambil kira semua faktor tersebut. Pertumbuhan indikator neurokognitif kanak-kanak dengan usia ibu, ketara dalam rajah. 1, tidak berkaitan dengan hakikat bahawa wanita dengan usia kurang mutasi dalam telur (ini tidak begitu), tetapi dengan fakta bahawa dalam masyarakat bertamadun moden, wanita yang mula melahirkan lebih awal adalah lebih rendah dari wanita yang mula melahirkan lewat, menurut frekuensi allele, secara positif yang mempengaruhi prestasi kognitif. Pada lelaki, hubungan seperti itu juga wujud, tetapi kurang jelas (lihat Gen yang menyumbang untuk mendapatkan pendidikan yang baik, dihapuskan dengan pemilihan, "Unsur", 01/24/2017).

Walau bagaimanapun, baru-baru ini, data mula muncul menunjukkan bahawa jumlah mutasi baru pada bayi baru lahir masih meningkat dengan usia ibu, walaupun tidak secepat usia bapa. Penjelasan penting ini, seperti sebilangan orang lain, dimungkinkan oleh penjujukan genom yang lebih murah, yang memungkinkan untuk mengalikan jumlah sampel yang dikaji.

Dalam artikel baru yang diterbitkan dalam jurnal Alam, Genetik Iceland melaporkan hasil kajian nombor rekod "tiga", termasuk genom lengkap kedua ibu bapa dan keturunan mereka. Penulis menganalisis 1548 triple tersebut, dan semua genom disusun secara kualitatif (dengan liputan 35; lihat Liputan). Perbandingan langsung dari genom lengkap keturunan dan kedua ibu bapanya memakan masa, tetapi cara yang paling boleh dipercayai untuk menentukan bilangan mutasi baru. Dalam 225 kes daripada 1548, sebagai tambahan kepada genom dua orang ibu bapa dan keturunan, terdapat juga genom wakil dari generasi (ketiga) yang seterusnya, iaitu keturunan keturunan. Data sedemikian menjadikannya lebih dipercayai untuk menubuhkan asal-usul (bapa atau ibu) dari mutasi baru wakil generasi kedua, kerana mutasi ini diwarisi oleh cucu atau cucu dalam fragmen kromosom yang sepadan dengan salah satu kromosom sama ada datuk atau nenek.

Penulis mendapati sejumlah 108 778 mutasi baru (di mana 101 377 adalah polimorfisme tunggal-nukleotida, selebihnya adalah indel; lihat Indel). Oleh itu, ternyata purata 108 778/1548 = 70.3 mutasi baru setiap orang (Rajah 2), yang bertepatan dengan anggaran sebelumnya.

Rajah. 2 Bilangan orang yang mempunyai mutasi mutasi baru. Sepanjang paksi mendatar – bilangan mutasi baru, pada menegak – bilangan orang yang mempunyai banyak mutasi baru. Gambar dari artikel dibincangkan di Alam

91 "keturunan" mempunyai kembar monozgous, yang genomnya juga disusun untuk menilai kualiti kerja yang dilakukan (idealnya, semua mutasi baru yang terdapat dalam satu kembar harus dikesan di kedua). Audit menunjukkan bahawa semasa urutan, tidak lebih daripada 3% daripada jumlah mutasi yang benar-benar terlepas dikenal pasti atau tersilap dikenal pasti.

Asal keluarga atau ibu berjaya menubuhkan dengan ketepatan maksimum untuk mutasi 15,746 yang didaftarkan di ketiga-tiga bahagian tersebut di mana terdapat data mengenai "keturunan keturunan". Ternyata 80.4% mutasi baru berasal dari orang asal, iaitu, orang-orang mendapatkannya dengan genom sperma. Bilangan mutasi "bapa" berkembang pesat dengan umur bapa (garis biru dalam Gambar 3).Setiap tahun, kehidupan bapa menambah purata 1.47 mutasi baru kepada keturunannya. Ini kurang daripada anggaran sebelumnya (kira-kira dua). Jumlah mutasi ibu dari ibu juga meningkat dengan usia ibu, tetapi empat kali perlahan (garisan merah dalam Rajah 3) – sebanyak 0.37 setahun dari kehidupan ibu.

Rajah. 3 Hubungan bilangan mutasi baru (DNMs, de novo mutasi, pada paksi menegak) diterima daripada bapa (biru) dan ibu (merah), dengan umur ibu bapa (pada paksi mendatar). Gambar dari artikel dibincangkan di Alam

Pengiraan berdasarkan bilangan mutasi baru yang lebih besar (42 961), asalnya ditubuhkan dengan kurang pasti, memberikan hasil yang hampir sama (peningkatan 1.51 setahun untuk bapak dan 0.37 untuk mutasi ibu).

Telah dimaklumkan bahawa mutasi bapa dan ibu berbeza dalam sifat dan pengedaran mereka dalam genom. Penyelidikan baru telah mengesahkan ini. Oleh itu, mutasi C> T (penggantian sitostin dengan timina) adalah 1.3 kali lebih biasa di kalangan mutasi ibu daripada mutasi bapa. Mutasi T> G dan C> A adalah kira-kira bilangan kali yang sama yang lebih biasa di kalangan bapa berbanding di kalangan ibu. Sesetengah perbezaan juga didapati dalam kadar perubahan kekerapan pelbagai jenis mutasi dengan umur ibu bapa (Rajah 4).

Rajah. 4 Perubahan frekuensi relatif beberapa jenis mutasi dengan umur ibu bapa. Jawatan seperti di rajah. 3. Imej dari artikel dalam perbincangan Alam

Salah satu keputusan yang paling tidak dijangka ialah pengagihan mutasi ibu dalam genom adalah sangat tidak sekata (untuk mutasi orang tua ini kurang umum). Di beberapa bahagian genom, kekerapan kejadian mutasi ibu meningkat dengan ketara. Kawasan yang diperuntukkan terutamanya dari kromosom kelapan dengan panjang 20 juta pasangan asas, di mana mutasi ibu berlaku 4.5 kali lebih kerap daripada rata-rata untuk genom. Kekerapan mutasi ibu jenis C> G sangat meningkat (sebanyak 12.8 kali) di rantau ini. Di beberapa kawasan genom lain, kekerapan mutasi tersebut juga meningkat dengan ketara. Kedua-dua bilangan mutasi C> G dan bilangan kelompok ("tebal") mutasi tersebut meningkat pesat dengan usia ibu.

Jika ciri-ciri mutasi ibu tidak muncul semalam, tetapi wujud untuk masa yang lama, maka kekerapan polimorfisme nukleotida tunggal yang sama (iaitu, kedudukan nukleotida berubah dimana sesetengah orang mempunyai nukleotida C,yang lain mempunyai G). Penulis mencatatkan anggapan ini menggunakan data genom yang tersedia (bukan sahaja bahasa Iceland), dan ia disahkan sepenuhnya. Ini bermakna bahawa kekerapan peningkatan mutasi C> G di kawasan-kawasan genom ini telah menjadi ciri spesies kami untuk masa yang lama. Tetapi berapa lama? Untuk mengetahui, para penyelidik berpaling kepada genom pelbagai monyet. Ternyata cimpanzi dan gorila sama dengan manusia dalam pengedaran polimorfisme C> G, sedangkan orang utan dan monyet lain tidak. Rupa-rupanya, ini bermakna bahawa ciri yang dikenal pasti – peningkatan kekerapan C> G mutasi di beberapa kawasan genom yang jelas – muncul dalam nenek moyang kita selepas pemisahan mereka dari nenek moyang orangutan, tetapi sebelum pemisahan dari nenek moyang gorila. Dalam erti kata lain, ia muncul pada wakil-wakil awal kera besar Afrika – kera besar Afrika.

Tanda-tanda tidak langsung (seperti lokasi kerapkali mutasi C> G ibu pada tetangga DNA yang sama, serta kebetulan kawasan dengan kekerapan peningkatan mutasi tersebut dengan kawasan penukaran gen kerap tidak berkaitan dengan penyeberangan), menunjukkan bahawa peningkatan kemungkinan mutasi ibu C> G ciri-ciri kawasan tersebutdi mana pecahan helix ganda DNA sering berlaku dalam oosit penuaan. Atas sebab tertentu, tapak-tapak ini pecah lebih kerap daripada yang lain, dan mutasi C> G muncul semasa pembaikan (pembaikan) rehat berganda. Ingat bahawa sel pendahulunya sel sperma sentiasa membahagikan, dan kebanyakan mutasi di dalamnya adalah kesilapan replikasi DNA. Sebaliknya, sel-sel prekursor oosit (oosit) tidak membahagi, dan selama bertahun-tahun dan "membekukan" dalam proposis I meosis. Oleh itu, kebanyakan mutasi di dalamnya adalah hasil kerosakan DNA yang tidak berkaitan dengan replikasi. Mungkin titik di sini adalah keunikan konfigurasi kromosom di prophase I of meiosis, dalam kekuatan rantau kromosom yang berbeza, dalam "struktural struktural" yang kromosom oosit menjalani di dalam kawasan chiasm, serta dalam pengurangan kohesin dalam oosit penuaan.

Oleh itu, kajian itu secara jelas menjelaskan pemahaman kita tentang pola mutagenesis pada manusia. Pada masa yang sama, ia lebih membingungkan persoalan yang sudah rumit mengenai peristiwa evolusi lama dengan bantuan jam molekul. Dari hasil yang diperoleh, ia mengikuti kadar pengumpulan perbezaan genetik antara spesies yang diverged (yang, untuk kerja yang ideal"Jam molekul" harus tetap) bergantung, antara lain, juga pada usia di mana bapa dan ibu mempunyai anak. Penulis menganggarkan bahawa peningkatan purata umur bapa oleh 10 tahun akan mengakibatkan pecutan mutagenesis (dalam mutasi setahun) sebanyak 4.7%. Dan jika umur purata ibu meningkat dengan jumlah yang sama, maka mutagenesis akan, sebaliknya, akan menurun sebanyak 9.6%, kerana sedikit peningkatan dalam jumlah mutasi pada oosit lama akan lebih disekat oleh perubahan generasi yang lebih perlahan. Oleh itu, tidak diketahui baru telah ditambahkan pada persamaan jam molekul.

Sumber: Håkon Jónsson, Patrick Sulem, Birte Kehr, Snaedis Kristmundsdottir, Florian Zink, Eirikur Hjartarson, Marteinn T. Hardarson, Kristjan E. Hjorleifsson, Hannes P. Eggertsson, Sigurjón Axel Gudjonsson, Lucas D. Ward, Gudny A. Arnadottir, Einar A. Helgason, Hannes Helgason, Arnaldur Gylfason, Adalbjorg Jonasdottir, Aslaug Jonasdottir, Thorunn Rafnar, Mike Frigge, Simon N. Stacey, Olafur Th. Magnusson, Unnur Thorsteinsdottir, Gisli Masson, Augustine Kong, Bjarni V. Halldorsson, Agnar Helgason, Daniel F. Gudbjartsson & Kari Stefansson. Pengaruh ibu bapa terhadap mutasi germinal manusia novo dalam 1,548 trios dari Iceland // Alam. Diterbitkan dalam talian 20 September 2017. DOI: 10.1038 / nature24018.

Lihat juga:
1) Manusia bermutasi: apa yang kita pelajari tentang mutasi kita dalam 15 tahun era genom, "Elements", 09/28/2015.
2) Dalam cimpanzi, seperti pada manusia, jumlah mutasi dalam keturunan bergantung kepada umur bapa, "Elemen", 06/18/2014.
3) Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina. Kehidupan tanpa pemilihan: baik atau bahaya?

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: