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Nov 29, 2023

Primatengenomprojekt enthüllt Geheimnisse der Evolution

Gemeinsam mit Guojie Zhang vom Center for Evolutionary & Organismal Biology at

Gemeinsam geleitet von Guojie Zhang vom Center for Evolutionary & Organismal Biology der Zhejiang University, Dong-Dong Wu vom Kunming Institute of Zoology, Xiao-Guang Qi von der Northwest University, Li Yu von der Yunnan University, Mikkel Heide Schierup von der Aarhus University und Yang Zhou von BGI-Research berichtete das Primate Genome Consortium über eine Reihe von Veröffentlichungen aus seinem ersten Phasenprogramm, die hochwertige Referenzgenome von 50 Primatenarten umfassen, von denen 27 zum ersten Mal sequenziert wurden. Diese Studien liefern neue Erkenntnisse über den Artbildungsprozess, die genomische Vielfalt, die soziale Entwicklung, die Geschlechtschromosomen sowie die Entwicklung des Gehirns und anderer biologischer Merkmale.

Groß angelegte phylogenomische Studien enthüllen die genetischen Mechanismen, die der Evolutionsgeschichte und den phänotypischen Innovationen bei Primaten zugrunde liegen

Die vergleichende Analyse von Primatengenomen im phylogenetischen Kontext ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Entwicklung der genetischen Architektur des Menschen und der genomischen Unterschiede zwischen den Arten, die mit der Diversifizierung von Primaten verbunden sind. Frühere Studien zu Primatengenomen konzentrierten sich hauptsächlich auf Primatenarten, die eng mit dem Menschen verwandt sind, und waren durch das Fehlen einer breiteren phylogenetischen Abdeckung eingeschränkt.

„Obwohl es weltweit mehr als 500 Primatenarten gibt, wurden derzeit nur die Genome von 23 repräsentativen nichtmenschlichen Primatenarten veröffentlicht, so dass 72 % der Gattungen nicht sequenziert sind, was zu erheblichen Wissenslücken beim Verständnis ihrer Evolutionsgeschichte führt“, sagte Dong-Dong Wu Zustände.

Um diese Lücke zu schließen, führten sie eine hochwertige Genomsequenzierung mithilfe von Long-Read-Sequenzierungstechnologien an 27 Primatenarten durch, darunter auch Basallinien, die zuvor noch nicht vollständig sequenziert worden waren. In Kombination mit zuvor veröffentlichten Primatengenomen führte das Projekt phylogenomische Studien an 50 Primatenarten aus 38 Gattungen und 14 Familien durch, um neue Einblicke in ihre genomische und phänotypische Entwicklung zu gewinnen.

„Basierend auf vollständigen Genomdaten haben wir eine hochaufgelöste Phylogenie erstellt und die Entstehung von Kronenprimaten vor 64,95 bis 68,29 Millionen Jahren geschätzt, die sich mit der Kreide-/Tertiärgrenze überschneiden“, erklärt Dong-Dong Wu.

Die Studie berichtete über detaillierte genomische Umlagerungen über Primatenlinien hinweg und identifizierte Tausende von Kandidatengenen, die in verschiedenen Zweigen der Stammesgeschichte einer adaptiven natürlichen Selektion unterzogen wurden. Dazu gehören Gene, die für die Entwicklung des Nerven-, Skelett-, Verdauungs- und Sinnessystems wichtig sind und alle wahrscheinlich zu evolutionären Innovationen und Anpassungen von Primaten beigetragen haben.

„Es ist überraschend zu sehen, dass bei dem gemeinsamen Vorfahren der Affengruppe, zu der Neuweltaffen, Altweltaffen und Menschenaffen gehören, so viele genomische Veränderungen mit hirnbezogenen Genen auftraten“, erklärt Guojie Zhang. „Diese genomischen Innovationen.“ Die Entwicklung tief in der Zeit an diesem Knotenpunkt der Vorfahren könnte den Weg für die weitere Entwicklung einzigartiger menschlicher Eigenschaften geebnet haben.

Die allgegenwärtige unvollständige Abstammungssortierung beleuchtet Artbildung und Selektion bei Primaten

Obwohl allgemein anerkannt ist, dass Schimpansen und Bonobos die am engsten mit dem Menschen verwandten Arten sind, sind 15 % unseres Genoms einem anderen Menschenaffen, dem Gorilla, näher. Dies ist in erster Linie auf das besondere evolutionäre Ereignis namens Incomplete-Lineage Sorting (ILS) zurückzuführen, bei dem der genetische Polymorphismus der Vorfahren zufällig in die Nachkommenarten einsortiert. Die Studie untersuchte die Artbildungsereignisse während der Primatenentwicklung und stellte fest, dass ILS häufig in allen 29 großen Vorfahrenknoten aller Primaten auftrat, wobei bei einigen Knoten über 50 % des Genoms von ILS betroffen waren.

„Der genetische Diversifizierungsprozess folgt nicht einer bifurkationsbaumartigen Topologie, wie wir sie normalerweise vom Artbildungsprozess kennen, sondern ähnelt eher einem komplizierten Netz“, sagte Guojie Zhang. „Es ist wichtig, den Evolutionsprozess jedes einzelnen Gens zu untersuchen, der auch die Entwicklung von Phänotypen zwischen den Arten beeinflussen könnte.“

Die unvollständige Abstammungssortierung (Incomplete Lineage Sorting, ILS) weist umfangreiche Variationen entlang des Genoms auf, die hauptsächlich durch Rekombination verursacht werden. „Wir haben beobachtet, dass ILS auf dem

Die Studie nutzt ILS, um eine molekulare Datierung von Artbildungsereignissen ausschließlich auf der Grundlage von Genomdaten ohne Fossilkalibrierung durchzuführen, und stellte fest, dass die neuen Datierungsergebnisse in hohem Maße mit der Datierung anhand des Fossilienbestands übereinstimmten. „Dies deutet darauf hin, dass die molekulare Datierung auch ohne Fossilienfunde eine genaue Schätzung der Artbildungszeit liefert“, sagt der Erstautor dieser Arbeit, Iker Rivas-González.

Hybridisierung in Artenereignisse

Hybridisierung wird zunehmend als wichtige evolutionäre Kraft zur Erzeugung von Arten- und phänotypischer Vielfalt bei Pflanzen und Tieren anerkannt. Dies ist besonders häufig bei Abstammungslinien der Fall, die eine Vervielfältigung des gesamten Genoms und ein erhöhtes Maß an Ploidie tolerieren können. Bei Säugetieren wurde jedoch selten über Artbildung durch Hybridisierung berichtet.

Mithilfe vollständiger Genomdaten entdeckte das Team, dass der Graue Stumpfnasenaffe Rhinopithecus brelichi eine Nachkommenart der Hybridisierung zwischen der morphologisch differenzierten Art, dem Gold-Stupsnasenaffen R. roxellana und dem gemeinsamen Vorfahren des Schwarz-Weiß-Stupsnasenaffen, war Affe R. bieti und der schwarze Stumpfnasenaffe R. strykeri.

„Nach unserem Kenntnisstand ist dies das erste Mal, dass ein hybrides Artbildungsereignis bei Primaten aufgezeichnet wird“, erklärte Li Yu.

Diese Studie identifiziert außerdem Schlüsselgene in R. brelichi, die von den jeweiligen Elternlinien stammen und möglicherweise zur mosaikartigen Fellfärbung dieser Art beigetragen und wahrscheinlich die reproduktive Isolation der Hybridarten vor der Paarung von den Elternlinien gefördert haben.

Multidisziplinäre Schnittmenge enthüllt die genetischen Mechanismen der sozialen Komplexität bei asiatischen Languren

Primaten haben sehr unterschiedliche soziale Systeme, die biologischen Mechanismen, die der sozialen Entwicklung zugrunde liegen, sind jedoch noch wenig bekannt. Das klassische sozioökologische Modell ging davon aus, dass sich die Vielfalt sozialer Systeme als Reaktion auf Umweltveränderungen entwickelte.

Als Modellsystem wurden für die Studie asiatische Colobine-Affen verwendet, da diese Artengruppe einen stufenweisen sozialen Evolutionsprozess von einer Einheit aus einem Männchen und mehreren Weibchen zu komplexen mehrstufigen Sozialformen durchlief. Sie haben den Artbildungsprozess dieser Gruppe anhand der vollständigen Genomdaten rekonstruiert und eine starke Korrelation zwischen der Umgebungstemperatur und der Gruppengröße der Arten festgestellt. Die in kälteren Umgebungen lebenden Primatenarten neigen dazu, in größeren Gruppen zu leben. Die alten Eiszeiten trieben die soziale Entwicklung dieser Primaten voran und förderten die Ansammlung der sich im Norden ausbreitenden Arten von Bartaffen zu verschachtelten, mehrstufigen Sozialformen.

Während dieses Übergangs zeigten Affen mit seltsamer Nase eine positive Selektion in vielen Genen, die mit der Kälteanpassung und dem Nervensystem zusammenhängen. „Die Stumpfnasenaffen scheinen eine längere Mutter-Kind-Bindung zu haben, was wahrscheinlich die Überlebensrate des Säuglings in kalten Umgebungen erhöht. Die DA/OXT-Rezeptoren sind wichtige Neurohormone bei der Vermittlung sozialer Bindungen. Dieser Signalweg wurde bei den Stumpfnasenaffen verstärkt förderte die soziale Zugehörigkeit, den Zusammenhalt und die Zusammenarbeit zwischen Erwachsenen dieser Art“, erklärt Xiao-guang Qi.

Referenzartikel:

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