Số lượng đột biến ở trẻ em phụ thuộc vào tuổi của cả hai cha mẹ • Alexander Markov • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Di truyền học, Nhân chủng học, Tiến hóa

Số lượng đột biến ở trẻ em phụ thuộc vào tuổi của cả cha lẫn mẹ.

Hình 1. Sự phụ thuộc của các chỉ số nhận thức thần kinh khác nhau ở trẻ em (từ 8 tháng đến 7 tuổi) vào tuổi của người cha (đường chấm chấm) và các bà mẹ (đường liền nét). Trục tung – các chỉ số nhận thức thần kinh, theo chiều ngang – tuổi của cha mẹ tại thời điểm sinh của đứa trẻ. Biểu đồ dựa trên dữ liệu từ 33.437 gia đình người Mỹ. Sửa đổi đã được thực hiện cho độ tuổi và giới tính của đứa trẻ, tuổi của phụ huynh thứ hai, chủng tộc, tình trạng kinh tế xã hội và các thông số khác có thể bóp méo mối quan hệ mong muốn. Có thể thấy rằng hầu hết các chỉ số thần kinh nhận thức đều giảm theo độ tuổi của người cha, nhưng không phải là người mẹ. Bayley tinh thầnĐộng cơ Bayley – các chỉ số về sự phát triển tinh thần và thể chất của trẻ em, như được đánh giá trên thang đo Bailey (xem Bayley Scales of Infant Development). IQ IQ của Stanford Binet – Hệ số trí thông minh trên thang đo Stanford-Binet (xem Stanford-Binet Intelligence Scales). Graham ernhart – Kiểm tra phân loại khối Gram-Earnhart. Chỉ số IQ toàn diện của WISC – Chỉ số IQ trên thang Wechsler (WISC – Quy mô thông minh Wechsler cho trẻ em); xem thử nghiệm của Wexler. Đọc sách WRAT – Kiểm tra WRAT (xem bài kiểm tra thành tích rộng) để đọc hiểu. Hình ảnh từ bài viết S. Saha và cộng sự., 2009. Độ tuổi của người cao tuổi được liên kết với các kết cục nhận thức thần kinh bị suy yếu trong thời thơ ấu và thời thơ ấu

Di truyền học tiếng Iceland đã tiến hành một nghiên cứu chưa từng thấy về đột biến ở người hiện đại, phân tích bộ gen đầy đủ của 1548 bộ ba, bao gồm một vài cha mẹ và hậu duệ của họ.Nó chỉ ra rằng mỗi trẻ sơ sinh nhận được trung bình của 70 đột biến mới, mà không phải là cha mẹ, trong đó 80% mang lại tinh trùng, và chỉ có 20% – trứng. Sự gia tăng nhanh chóng về số đột biến mới với tuổi của người cha đã được xác nhận: hàng năm, người cha thêm trung bình 1,5 đột biến cho con của mình. Tuổi của người mẹ cũng ảnh hưởng đến số đột biến ở con cái, nhưng không quá nhiều: mỗi năm cuộc đời của người mẹ phải gánh chịu thêm con số 0,37 đột biến bổ sung. Sự phân bố đột biến của người mẹ trong bộ gen hóa ra là không đồng đều: ở một số vị trí, tần suất xuất hiện của chúng tăng mạnh. Rõ ràng, điều này là do thực tế rằng nhiễm sắc thể trong các tế bào trứng già thường bị rách ở những khu vực này. Một mô hình tương tự của sự phân bố đột biến của người mẹ là đặc trưng của tinh tinh và khỉ đột, nhưng không phải của đười ươi. Rõ ràng, chúng tôi đã thừa hưởng mẫu này từ những đại diện đầu tiên của loài khỉ châu Phi lớn.

Tương lai sức khỏe và tiến hóa của loài người phần lớn phụ thuộc vào những đột biến mới nổi hiện diện với số lượng lớn trong bộ gen của mỗi trẻ sơ sinh. Không ngạc nhiên, các định luật gây đột biến ở người thu hút sự chú ý gần nhất của các nhà khoa học (xemNhân loại đột biến: những gì chúng ta đã học về đột biến của chúng ta trong 15 năm của thời đại gen, "Yếu tố", ngày 28/9/2015).

Nó đã được chỉ ra trước đây rằng số lượng đột biến mới (vắng mặt từ cha mẹ) trong bộ gen của trẻ sơ sinh đang phát triển nhanh chóng với tuổi của người cha. Các ước tính đầu tiên, dựa trên các mẫu nhỏ, cho thấy rằng mỗi năm cuộc đời của cha thêm vào con cái của mình trung bình khoảng hai đột biến mới (và trong tinh tinh, nhiều như ba). Điều này là do các tế bào tiền thân của tinh trùng (spermatogonia; xem Spermatogonium) được phân chia trong suốt tuổi trưởng thành. Trước mỗi bộ phận, bộ gen được sao chép, và trong quá trình nhân rộng, luôn luôn có một số khả năng xảy ra lỗi – đột biến.

Ngược lại, tiền chất của trứng (oocytes) được hình thành trong giai đoạn phát triển trước khi sinh và sau đó được lưu trữ mà không cần phân chia mitotic. Do đó, với tuổi của người mẹ, số lượng đột biến mới ở trẻ em thực tế không tăng. Ít nhất, nó được coi như vậy cho đến gần đây, cho đến khi di truyền học có cơ hội làm việc với chỉ một số ít bộ gen đầy đủ của cha mẹ và con cái của họ (xem ở tinh tinh, như ở người, số đột biến ở con cái phụ thuộc vào tuổi của người cha, Elementy, 18.06 .2014).

Mối quan hệ giữa tuổi của cha và số đột biến mới ở trẻ dường như liên quan trực tiếp đến mối tương quan nghịch giữa tuổi của người cha và các chỉ số thần kinh nhận thức của trẻ em được tiết lộ trong năm 2009. Trẻ em già trung bình có chỉ số nhận thức thần kinh thấp hơn (Hình 1). Với tuổi của người mẹ, những chỉ số này thường không chỉ không giảm mà còn tăng lên. Ở đây, tất nhiên, nó là cần thiết để đưa vào tài khoản mà đồ thị tương tự như những người thể hiện trong hình. 1, mặc dù chúng đang được xây dựng với các sửa đổi khác nhau "yếu tố phức tạp", chẳng hạn như tình trạng kinh tế xã hội, họ vẫn không thể tính đến tất cả các yếu tố như vậy. Tăng trưởng các chỉ số thần kinh nhận thức của trẻ em có tuổi của mẹ, đáng chú ý trong hình. 1, không được kết nối với thực tế rằng phụ nữ có tuổi có ít đột biến trong trứng (điều này không phải như vậy), nhưng với thực tế là trong xã hội văn minh hiện đại, phụ nữ bắt đầu sinh sớm là kém hơn phụ nữ bắt đầu sinh muộn, theo tần số alen, tích cực ảnh hưởng đến hiệu suất nhận thức. Ở nam giới, mối quan hệ như vậy cũng tồn tại, nhưng ít rõ rệt hơn (xem các gen đóng góp để có được một nền giáo dục tốt, được loại bỏ bằng cách lựa chọn, "Yếu tố", 01/24/2017).

Tuy nhiên, gần đây, dữ liệu bắt đầu xuất hiện cho thấy số đột biến mới ở trẻ sơ sinh vẫn tăng theo độ tuổi của người mẹ, mặc dù không nhanh bằng tuổi của người cha. Việc làm rõ quan trọng này, giống như một số khác, được thực hiện bằng cách sắp xếp trình tự bộ gen rẻ hơn, điều này làm cho nó có khả năng nhân khối lượng của các mẫu nghiên cứu.

Trong một bài viết mới được đăng trên tạp chí Thiên nhiên, Di truyền học Iceland báo cáo kết quả của một nghiên cứu về một số lượng kỷ lục của "ba", bao gồm cả bộ gen hoàn chỉnh của cả cha lẫn mẹ và con cháu của họ. Các tác giả đã phân tích 1548 bộ ba như vậy, và tất cả các bộ gen được sắp xếp theo trình tự khá chất lượng (với mức độ bao phủ là 35; xem Mức độ phù hợp). So sánh trực tiếp bộ gen hoàn chỉnh của hậu duệ và cả cha mẹ đều tốn thời gian, nhưng cách đáng tin cậy nhất để xác định số đột biến mới. Trong 225 trường hợp trong số 1548, ngoài bộ gen của hai cha mẹ và một hậu duệ, cũng có một bộ gen của một đại diện của thế hệ tiếp theo (thứ ba), đó là, một hậu duệ của một hậu duệ. Dữ liệu này giúp xác định được nguồn gốc đột biến của người đại diện của thế hệ thứ hai, bởi vì những đột biến này được thừa kế bởi cháu trai hoặc cháu gái trong một đoạn nhiễm sắc thể phù hợp với một trong những nhiễm sắc thể của ông hoặc bà ngoại.

Các tác giả tìm thấy tổng số 108 778 đột biến mới (trong đó 101 377 là đa hình đơn nucleotide, phần còn lại là indels; xem Indel). Như vậy, trung bình 108 778/1548 = 70,3 đột biến mới trên mỗi người (Hình 2), trùng với các ước tính trước đó.

Hình 2 Số lượng người có số đột biến mới khác nhau. Dọc theo trục ngang – số đột biến mới, trên dọc – số lượng người có nhiều đột biến mới. Hình từ bài viết được thảo luận trong Thiên nhiên

91 "hậu duệ" có cặp song sinh đơn hợp, bộ gen của chúng cũng được sắp xếp để đánh giá chất lượng công việc được thực hiện (lý tưởng, tất cả các đột biến mới tìm thấy trong một cặp song sinh sẽ được phát hiện trong lần thứ hai). Việc kiểm toán cho thấy rằng trong quá trình giải trình tự, không quá 3% tổng số đột biến thực sự bị bỏ sót đã được xác định hoặc xác định nhầm.

Nguồn gốc của người mẹ hoặc người mẹ được quản lý để thiết lập với độ chính xác tối đa cho 15.746 đột biến được đăng ký trong những bộ ba có dữ liệu về "hậu duệ của hậu duệ". Hóa ra 80,4% đột biến mới có nguồn gốc từ người mẹ, tức là, người ta nhận được chúng với bộ gen của tinh trùng. Số đột biến "của người mẹ" đang phát triển nhanh chóng với tuổi của người cha (đường màu xanh trong Hình 3).Mỗi năm, cuộc đời của người cha thêm trung bình 1,47 đột biến mới cho con cháu của mình. Đây là ít hơn so với các ước tính trước đó (khoảng hai). Số đột biến của nguồn gốc mẹ cũng tăng theo tuổi của người mẹ, nhưng chậm hơn bốn lần (đường màu đỏ trong Hình 3) – bằng 0,37 mỗi năm trong cuộc đời của người mẹ.

Hình 3 Mối quan hệ của số đột biến mới (DNMs, de novo đột biến, trên trục tung) nhận được từ người cha (màu lam) và các bà mẹ (đỏ), với độ tuổi của cha mẹ (trên trục hoành). Hình từ bài viết được thảo luận trong Thiên nhiên

Các tính toán dựa trên một số đột biến mới (42 961), nguồn gốc được xác định ít chắc chắn hơn, cho kết quả gần như giống nhau (tăng 1,51 mỗi năm đối với người mẹ và 0,37 đối với đột biến mẹ).

Nó đã được ghi nhận rằng đột biến của người mẹ và người mẹ khác nhau trong bản chất và phân bố của họ trong bộ gen. Nghiên cứu mới đã xác nhận điều này. Như vậy, đột biến C> T (thay thế cytosine với thymine) là phổ biến hơn 1,3 lần so với đột biến của người mẹ so với đột biến của người cha. Đột biến T> G và C> A có cùng số lần so với người mẹ so với người mẹ. Một số khác biệt cũng được tìm thấy trong tỷ lệ thay đổi tần số của các loại đột biến khác nhau theo tuổi của bố mẹ (Hình 4).

Hình 4 Sự thay đổi tần suất tương đối của một số loại đột biến với độ tuổi của cha mẹ. Các chỉ định như trong hình. 3. Hình ảnh từ bài viết trong thảo luận Thiên nhiên

Một trong những kết quả bất ngờ nhất là sự phân bố đột biến của người mẹ trong bộ gen là cực kỳ không đồng đều (đối với đột biến ở người, điều này ít phổ biến hơn). Ở một số bộ phận của hệ gen, tần số xuất hiện đột biến của người mẹ tăng mạnh. Khu vực được phân bổ đặc biệt của nhiễm sắc thể thứ tám với chiều dài 20 triệu cặp base, trong đó đột biến mẹ thường xảy ra gấp 4,5 lần so với trung bình của bộ gen. Tần suất đột biến của người mẹ thuộc loại C> G đặc biệt tăng mạnh (gấp 12,8 lần) ở khu vực này, ở một số vùng khác của bộ gen, tần suất đột biến như vậy cũng tăng rõ rệt. Cả số lượng đột biến C> G và số lượng cụm ("dày đặc") của các đột biến như vậy tăng nhanh chóng theo tuổi của người mẹ.

Nếu những đặc điểm này của đột biến mẹ không xuất hiện ngày hôm qua, nhưng tồn tại trong một thời gian dài, thì tần số của các đa hình đơn nucleotide tương ứng (nghĩa là, các vị trí nucleotide biến nơi một số người có nucleotide C,những người khác có G). Các tác giả đã kiểm tra giả định này bằng cách sử dụng dữ liệu di truyền có sẵn (không chỉ tiếng Iceland), và nó đã được xác nhận đầy đủ. Điều này có nghĩa là tần suất tăng đột biến C> G ở những vùng này của bộ gen là đặc trưng của loài chúng ta trong một thời gian dài. Nhưng bao lâu? Để tìm hiểu, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang bộ gen của nhiều con khỉ khác nhau. Nó chỉ ra rằng tinh tinh và khỉ đột tương tự như con người trong sự phân bố các đa hình C> G, trong khi đười ươi và khỉ khác thì không. Rõ ràng, điều này có nghĩa là tính năng được xác định – tần suất tăng đột biến C> G ở một số vùng gen được xác định nghiêm ngặt – xuất hiện trong tổ tiên của chúng ta sau khi tách khỏi tổ tiên của đười ươi, nhưng trước khi tách khỏi tổ tiên của khỉ đột. Nói cách khác, nó xuất hiện trong những đại diện đầu tiên của loài vượn lớn châu Phi – loài vượn lớn châu Phi.

Một số dấu hiệu gián tiếp (chẳng hạn như vị trí thường xuyên của đột biến C> G của người mẹ lân cận trên cùng một chuỗi ADN, cũng như trùng hợp các vùng có tần suất tăng đột biến như vậy với các vùng chuyển đổi gen thường xuyên không liên quan đến chuyển giao). đột biến mẹ C> G đặc trưng của những vùng đótrong đó các đứt gãy trong xoắn kép DNA thường xuất hiện trong các tế bào trứng già. Đối với một số lý do, các trang web này phá vỡ thường xuyên hơn những người khác, và C> G đột biến xuất hiện trong quá trình sửa chữa (sửa chữa) của đôi phá vỡ. Nhớ lại rằng các tế bào tiền thân của các tế bào tinh trùng liên tục phân chia, và hầu hết các đột biến trong chúng là các lỗi sao chép DNA. Ngược lại, các tế bào tiền thân của các tế bào trứng (oocytes) không phân chia, và trong nhiều năm và nhiều thập kỷ "đóng băng" trong tiên lượng I của bệnh dị ứng. Do đó, hầu hết các đột biến trong chúng là kết quả của tổn thương DNA không liên quan đến sự sao chép. Có lẽ điểm ở đây là tính đặc thù của cấu hình nhiễm sắc thể trong tiên lượng I của meiosis, trong sức mạnh của các vùng nhiễm sắc thể khác nhau, trong "căng thẳng cấu trúc" mà nhiễm sắc thể của noãn bào trải qua trong vùng co thắt, cũng như giảm cohesin trong noãn bào già.

Do đó, nghiên cứu này đã làm rõ đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về các mô hình gây đột biến ở người. Đồng thời, nó thậm chí còn bối rối hơn về câu hỏi phức tạp của việc hẹn hò với các sự kiện tiến hóa lâu đời với sự giúp đỡ của các đồng hồ phân tử. Từ kết quả thu được, nó theo sau là tỷ lệ tích lũy của sự khác biệt di truyền giữa các loài phân kỳ (mà, cho công việc lý tưởng“Giờ phân tử” nên không đổi) phụ thuộc vào những thứ khác, cũng như độ tuổi mà cha và mẹ có con. Các tác giả tính toán rằng sự gia tăng tuổi trung bình của quan hệ cha con 10 năm sẽ dẫn đến một sự gia tăng đột biến (đột biến mỗi năm) 4,7%. Và nếu tuổi trung bình của mẹ làm tăng cùng một lượng, thì đột biến sẽ ngược lại, chậm lại 9,6%, bởi vì sự gia tăng nhẹ về số đột biến ở các tế bào trứng già sẽ bị chặn lại bởi sự thay đổi chậm hơn của các thế hệ. Do đó, những ẩn số mới đã được thêm vào phương trình đồng hồ phân tử.

Nguồn: Håkon Jonsson, Patrick Sulem, Birte Kehr, Snaedis Kristmundsdottir, Florian Zink, Eirikur Hjartarson, Marteinn T. Hardarson, Kristjan E. Hjorleifsson, Hannes P. Eggertsson, Sigurjon Axel Gudjonsson, Phường Lucas D., Gudny A. Arnadottir, Einar A. Helgason, Hannes Helgason, Arnaldur Gylfason, Adalbjorg Jonasdottir, Aslaug Jonasdottir, Thorunn Rafnar, Mike Frigge, Simon N. Stacey, Olafur Th. Magnusson, Unstur Thorsteinsdottir, Gisli Masson, Augustine Kong, Bjarni V. Halldorsson, Agnar Helgason, Daniel F. Gudbjartsson và Kari Stefansson. Ảnh hưởng của cha mẹ đối với đột biến germline de novo của con người trong 1.548 trios từ Iceland // Thiên nhiên. Xuất bản trực tuyến ngày 20 tháng 9 năm 2017. DOI: 10.1038 / nature24018.

Xem thêm:
1) Nhân loại đột biến: những gì chúng ta đã học về đột biến của chúng ta trong 15 năm của thời đại gen, "Yếu tố", ngày 28/9/2015.
2) Ở tinh tinh, như ở người, số đột biến ở con cái phụ thuộc vào tuổi của người cha, "Các nguyên tố", ngày 18/6/2014.
3) Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina. Cuộc sống không có lựa chọn: tốt hay nguy hiểm?

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

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