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丹尼索瓦人是发现于西伯利亚丹尼索瓦洞的古人类，通过对骨头化石的DNA检测发现其属于尼安德特人姊妹群【1】，最早发现的丹尼索瓦3号样品（指骨）形成于距今约74,000到82,000年以前【2】，但是由于缺乏较为完整的骨骼化石样品可供研究，我们对于丹尼索瓦人的解剖学特点或者说骨骼特点还知之甚少。 在今年五月，由中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士、兰州大学张东菊副教授和德国马普演化人类学研究所Jean-Jacques Hublin教授带领的研究团队发现了中国夏河县的一件16万年前的人类下颌骨化石，对其进行古人类蛋白分析后发现该化石是丹尼索瓦人，为丹尼索瓦人的体质形态提供了重要的信息【3】（详见：Nature | 中国学者发现16万年前青藏高原最早的占据者—夏河丹尼索瓦人。） 虽然丹尼索瓦人的DNA序列可能包含足够的解剖学特征信息，但目前科学家们解码这些数据的能力非常有限。 为了解决该问题并希望通过基因组信息来重构丹尼索瓦人的解剖学特点，2019年9月19日，以色列希伯来大学Liran Carmel研究组在Cell上发表文章“Reconstructing Denisovan Anatomy Using DNA Methylation Maps”，建立了利用甲基化图谱重构丹尼索瓦人骨骼特点的方法。 想要重构丹尼索瓦人的解剖学特点，可能的方式是将单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism，SNP）进行综合和预测。在欧洲人种中，科学家们对于皮肤、眼睛、头发等颜色特征的预测准确度已经超过80%【4】，但是基于全基因组的分析（genome-wide association study，GWAS）准确度还很低【5】。理想的情况下，为了得到比较丹尼索瓦人比较全面的信息，应该直接测量基因的表达，但是由于RNA分子非常容易降解，古人类样品中RNA的测序还尚不可行。因此，Carmel研究组将目光放在了DNA甲基化上面。基因甲基化是基因组调控的关键层面，可以作为基因活性的代表。 在2014年Carmel研究组建立了一种可以重构古人类基因组DNA甲基化图谱的方法，该方法基于对古DNA损伤模式的分析，甲基化与未甲基化的胞嘧啶具有不同的特点，因而可以用来区分古人类基因组中甲基化与非甲基化的基因【6】。使用此方法，作者们重构了丹尼索瓦人3号样品、两个尼安德特人样品以及五个45，000到7，5000前年之前具有解剖结构的现代人类的DNA甲基化图谱【6,7】。另外有了55个现今人类骨骼的甲基化图谱以及5个黑猩猩的甲基化图谱，作者们建立了一个综合性的甲基化区域图谱，标记出了在古人类进化树上在不同区域出现的分支位置【7】。 在建立好检测系统后，作者们首先对该系统的准确性进行检测。将已有的尼安德特人DNA甲基化图谱所预测的解剖学特点与现有样品进行比对后确认该系统的精度与准确性是可靠的（图1）。随后作者们用该方法对丹尼索瓦人进行预测，发现丹尼索瓦人与尼安德特人具有较为类似的特点如颌骨突出、骨盆宽大（图2）。但是丹尼索瓦人也有一些独特的特征比如牙弓增长，侧颅扩张（图2）。这些预测也与现今已有的一些丹尼索瓦人样品（例如许昌头骨）的特点相吻合。 图1利用单向启动子甲基化变化对尼安德特人进行预测 图2 利用甲基化图谱对丹尼索瓦人解剖学特征进行预测 Liran Carmel研究组的工作建立了单向启动子甲基化图谱与生物之间表型差异相关性的对应关系以及预测方法。虽然现有的测试只能证明尼安德特人、黑猩猩以及丹尼索瓦人颌骨特点与预测出的特点相符，但是随着更多的丹尼索瓦人样品的发掘，将会有更完整的骨骼化石用以鉴定和调整该系统的准确性。即使如此，Liran Carmel研究组的工作也为一些缺少化石记录的物种提供了重构解剖学特征的重要工具，同时也为古人类的研究提供了更多可供参考的信息。 原文链接： https:///10.1016/j.cell.2019.08.035 制版人：小娴子 参考文献 1 Meyer, M. et al. A high-coverage genome sequencefrom an archaic Denisovan individual. Science338, 222-226,doi:10.1126/science.1224344 (2012). 2 Krause,J. et al. The complete mitochondrialDNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature 464, 894-897,doi:10.1038/nature08976 (2010). 3 Chen,F. et al. A late Middle PleistoceneDenisovan mandible from the Tibetan Plateau. Nature 569, 409-412,doi:10.1038/s41586-019-1139-x (2019). 4 Walsh,S. et al. The HIrisPlex system forsimultaneous prediction of hair and eye colour from DNA. Forensic science international. Genetics 7, 98-115, doi:10.1016/j.fsigen.2012.07.005 (2013). 5 Price,A. L., Spencer, C. C. & Donnelly, P. Progress and promise in understandingthe genetic basis of common diseases. Proceedings.Biological sciences 282,20151684, doi:10.1098/rspb.2015.1684 (2015). 6 Gokhman,D. et al. Reconstructing the DNAmethylation maps of the Neandertal and the Denisovan.Science 344, 523-527,doi:10.1126/science.1250368 (2014). 7 Gokhman,D. et al. Extensive RegulatoryChanges in Genes Affecting Vocal and Facial Anatomy Separate Modern fromArchaic Humans. bioRxiv, 106955,doi:10.1101/106955 (2017). |
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