11 Şubat 2018 Pazar

Melez Populasyonlar Uzerinde Isleyen Negatif Secilimin Kokenine Dair

2010 yilinda ilk Neandertal genomu dizilendi. Bu calisma sayesinde, insanlarla Neandertallerin onbinlerce yil once karistiklarini biliyoruz. Bu calisma sadece insanlarla Neandertallerin karistiklarini soylemekle kalmadi, baska turler arasindaki karisma senaryolarini test edebilmemizi saglayan metodlari da -birkac baska calismayla beraber- bize kazandirdi. Birazdan bahsedecegim calisma ise, karisma sonrasinda melez populasyonlara neler olabilicegini daha iyi anlamamizi sagliyor. Bu populasyonlar uzerinde etkili olan secilim mekanizmalarini ve secilimin potansiyel sonuclarini anlayabilmemiz icin hem kavramsal bir cerceve sunuyor hem de bu kavramsal cercevenin icinde uretilen sorulari test edebilecegimiz pratik bir yol oneriyor.

Bahsedecegim calisma birkac ay once Biorxiv dergisinde pre-print olarak, yani henuz hakem degerlendirmesinden gecmeden basildi. Fakan ben hakem degerlendirmesinin calismanin genel sonuclarini degistirecegini sanmiyorum. Dolayisiyla anlatiyorum.

Calisma, kilickuyruk baliklarinda (swordtail fish) melezlesmenin sonuclarini arastiriyor. Iki farkli kilickuyruk turunun melezlesmesiyle olusan uc farkli melez populasyonundan, toplam 690 ornekle calisiyor arastirmacilar. Melez populasyonlarin yakin bir gecmiste olustugu (100 nesilden az bir zaman once) tahmin ediliyor. Sekil 1'de hem atasal turlarin hem de melez populasyonlarin cografi dagilimlarini gorebilirsiniz.

Arastirmacilar oncelikle atasal turlerden aktarilan DNA'nin melez genomlardaki dagilimina bakiyorlar ve iki tur DNA'nin melez genomlarda esit oranlarda bulunmadiklarini goruyorlar: Melez populasyonlarinin ikisinde, atasal tur Xiphophorus birchmanni'den aktarilan genetik materyal genomun %70-80'ini olustururken diger atasal turden, yani Xiphophorus malinche'den aktarilan genetik materyal genomun ancak %20-30'unu olusturuyor. Diger melez populasyonu icinse tam tersi oranlar gecerli. Yani bu melez populasyonu icin Xiphophorus malinche'den aktarilan genetik katki genomun %70-80'ini olustururken, Xiphophorus birchmanni'den aktarilan katki genomun %20-30'unu olusturuyor (sekil 1)



Sekil 1. Calismada kullanilan populasyonlarin cografi konumlari ve melez genomlarda gorunen, X. malinche'den aktarilan atasal genetik katkinin oranlari. 

Arastirmacilar daha sonra melez genomlarin %20-30'unu olusturan ve daha az katki yapan atadan gectigi tespit edilen bolgelere odaklaniyorlar. Bu tur DNA'nin, yani azinlik atadan aktarilan DNA'nin (minor parent ancestry),  rekombinasyon* hizinin yuksek oldugu bolgelerde toplandigini goruyorlar (sekil 2). Bu ise bize birkac sey soyluyor. Ornegin azinlik atadan aktarilan DNA'nin kucuk parcalar halinde melez genomlarda kaldigini soyluyor. Zira rekombinasyon hizinin yuksek oldugu bolgelerde nesilden nesile birlikte aktarilan DNA hizla kuculuyor. Yani azinlik atadan aktarilan DNA dizileri arasinda nesilden nesile gecerken birlikte aktarilma oranlari gorece dusuk. Bu ise bize dolayli olarak sunu soyluyor: Azinlik atadan gecen genetik materyal yer yer zararli mutasyonlar iceriyordu ve zararli olmayan mutasyonlar ancak zararli olanlardan ayrildiklari ve tek baslarina aktarildiklari oranda, kucuk parcalar halinde melez genomlarda kalmayi basarabildiler. Cunku genomun rekombinasyon hizi dusuk bolgelerinde kalan buyuk parcalar, zararli mutasyonlar uzerinde isleyen negatif secilim yuzunden zamanla populasyondan silindiler. Peki azinlik atalardan melez genomlara zararli mutasyonlarin gecmesine ne sebep oluyor? Calismanin diger sonuclarini aciklamadan once bir parantez acip buna sebep olan mekanizmalara deginmek istiyorum.

Sekil 2. Azinlik atadan aktarilan DNA, rekombinasyon hizinin yuksek oldugu bolgelerde toplanma egilimi gosteriyor. 


Bu mekanizmalardan bir tanesi Dobzhanski-Muller uyumsuzlugu (Dobzhanski-Muller incompatibilities). Bu mekanizmayi varsayan hipoteze gore, uzun sure birbirlerinden ayri yasayan, dolayisiyla farkli evrimsel yollar izleyen iki tur, tekrar biraraya gelip melezlestiklerinde saglikli nesiller uretemezler. Bunun sebeplerinden bir tanesi, iki turun birbirinden farklilasan ciftlesme stratejileri gelistirmesi olabilir. Ornegin, iki yakin akraba kus turunun, ayni cografi bolgelerde ureseler bile birbirlerinden birazcik farkli ötüyor olmalari, o iki turun bireylerinin ciftlesmesini engelleyebilir. Bunu gosteren calismalar var.

Iki turun melezlerinin basarisiz olmasina sebep olan ikinci bir mekanizma (daha dogrusu mekanizmalar butunu) ise, bu turlerin ciftlesseler bile saglikli nesiller uretememelerine sebep oluyor. Dobzhanski-Muller uyumsuzlugu ise butun bu mekanizmalarin sonucunda melezlerin basarisiz olmasi durumuna verilen ad. Yani ornegin, yeni neslin hayatta kalamamasina ya da kisir olmasina neden olan butun biyolojik mekanizmalar bu baslik altinda toplanabilir (bunun bir ornegi esekle atin melezi katirin kisir olmasi). Tabii Dobzhanski-Muller uyumusuzluguna sebep olan butun mekanizmalarin saglam bir genetik temeli oldugunu varsayiyoruz. Aksi takdirde bu tur ozellikler nesillerden nesillere aktarilamayacak (ya da kusurlu aktarilacak) ve boylece iki tur bagimsiz varliklarini koruyamayacaklardi.

Tersinden bakip Dobzhanski-Muller uyumsuzluguna genetik bir tanim getirmek istersek, sekil 3'teki modeli kullanabiliriz.

Sekil 3. En solda iki turun ortak atasi olan turun genomunun bir modelini goruyoruz (ancestral genotype). Bu turun genomu uzerinde iki farkli bolgeye bakiyoruz. Bu bolgeler icin ortak ata 'AABB' genotipini gosteriyor. Daha sonra bu ortak atanin iki ayri ture ayrildigini goruyoruz, seklin ortasinda yukarida ve asagida olmak uzere. Iki yavru turun her birinde fakat genomun farkli bolgelerinde birer mutasyon ortaya cikiyor: Bu mutasyonlar yukaridaki tur icin 'A'yi 'a' yapiyor, asagidaki tur icinse 'B'yi 'b' yapiyor ve bu mutasyonlar zamanla o turler icin sabitleniyor. Dikkat ederseniz henuz hic 'a' ve 'b' alelleri ayni genomda bulunmadi. Bu ise iki tur tekrar karsilasip uremeye calistiklarinda gerceklesiyor ve bu iki alel ayni genomda bulusuyor. Fakat bu aleller birbiriyle uyumsuz biyolojik ozellikler anlatiyorlar, dolayisiyla melezlerin basarisiz olmasina sebep oluyorlar. Kaynak: https://www.nature.com/scitable/content/dobzhansky-muller-model-of-hybrid-incompatibility-7883.

Bu ise bize sunu soyluyor: bizim ornegimizde, uc melez genomda diger atasal populasyonlardan aktarilan genetik materyalle uyumsuzluga sebep olabilecek genler muhtemelen genomun sadece belli bolgelerinde ve her atasal genom icin de muhtemelen ayni bolgelerde bulunuyor (zira ayni iki atasal tur bu melezlerin olusumuna katiliyor). Bu ise, Dobzhanski Muller uyumsuzlugunun yol actigi negatif secilimin, her uc melez genom uzerinde, tamamen cakismasalar bile, benzer bolgelerde yogunlasmasi gerektigini soyluyor.

Melez genomlarda gorunen, farkli atalardan aktarilan DNA'nin akibetini aciklamaya calisan ikinci bir hipotez ise, genetik birikme (genetik load) hipotezi. Bu hipotez, iki atasal genom arasinda yukarida anlatilan boyutlarda uyumsuzluk varsaymiyor. Fakat etkin populasyon buyukluklerinin (effective population size) oranina bagli olarak atasal populasyonlardan birinin (gorece kucuk olaninin) digerine kiyasla (buyuk olana kiyasla) daha cok zararli mutasyon biriktirdigini varsayiyor. Kucuk populasyonlarda zararli mutasyonlari eleyecek secilim etkili olamiyor. Bunun nedeni ise nesilden nesile gecerken olusan rastgele genetik suruklenmenin kucuk populasyonlarda daha kuvvetli olmasi ve secilimin gucunu azaltmasi. Bu sebepten etkin populasyon buyuklugu kucuk olan atasal populasyon, diger atasal populasyona gore daha cok zararli mutasyon tasiyor. Bu mutasyonlar ancak daha buyuk etkin populasyona sahip olan melez populasyona aktarildiklarinda secilerek populasyondan eleniyorlar.   

Azinlik atadan aktarilan DNA uzerinde zararli mutasyonlarin birikebilecegini soyleyen ucuncu bir hipotez ise, iki atasal turun farkli ekolojik kosullar altinda evrimlestigini ve dolayisiyla farkli ekolojik kosullara uyum sagladiklarini varsayiyor. Boyle bir durumda melez populasyonun icinde yasadigi ekolojik kosullar, hangi atasal populasyondan aktarilan DNA'nin uzerinde nasil bir secilimin etkili olacagini belirliyor. Ayrica gene negatif secilimin genomun melez populasyonun hayatta kalma sansini dusuren bolgelerine yonelecegini ve bu bolgelerin melez populasyondan melez populasyona degisiklik gosterecegini tahmin edebiliriz. Zira burada calisilan her bir melez populasyonu hem icinde yasadigi ekolojik sartlar bakimindan hem de tasidiklari atasal genetik materyal acisindan degisiklik gosteriyor. Bu durumda melez populasyonla benzer ekolojik kosullarda yasayan atasal populasyondan aktarilan genetik materyalin potansiyel olarak daha az zararli mutasyon tasimasini, diger atadan aktarilan DNA'nin ise daha cok zararli mutasyon tasimasini ve zamanla genomdan elenmesini bekleriz.

Simdi parantazi kapatip calismanin buldugu ilk sonuca donmek istiyorum. Azinlik atadan aktarilan DNA'nin genom uzerinde rekombinasyon hizinin yuksek oldugu bolgelerde yogunlastigini gozlemlememistik; ve bunu azinlik atadan aktarilan DNA uzerinde ilkin zararli mutasyonlar oldugu ve ancak boyle zararli mutasyonlar tasimayan ufak parcalarin genom uzerinde kalabildigi seklinde aciklamistik. Yukarda bahsettigimiz uc hipotez de boyle bir duruma uyuyor ya da boyle bir sonucu tahmin edebiliyor. Diger bir degisle her bir hipotez, azinlik atadan aktarilan DNA uzerinde daha fazla zararli mutasyon gorunebilecegini ve bu mutasyonlarin zamanla secilerek elenecegini soyluyor. Dolayisiyla calismanin ilk sonucu bu hipotezler arasinda bir ayrim yapmiyor.
   
Azinlik atadan aktarilan DNA'nin genomun hangi bolgelerinde toplandigina tekrar bakan arastirmacilar, ilginc bir sekilde, uc melez populasyonu icin de bu tur DNA'nin genomun benzer bolgelerinde toplandigini gozlemliyorlar (sekil 3). Yani azinlik atadan aktarilan DNA hem parcali hem de genomun belli bolgelerine kumelenmis ve bu durum uc melez genom icin de boyle. Bu onemli bir sonuc, cunku uc hipotez arasinda ayrim yapmamizi sagliyor. Ekolojik secilim hipotezi farkli atasal DNA oranlarina sahip melez genomlarda azinlik atadan aktarilan DNA'nin genomun farkli bolgelerinden silinmelerini ve farkli bolgelerinde korunmalarini varsayiyor. Dolayisiyla bu son sonucla uyumlu degil. Fakat Dobzhanski-Muller uyumsuzlugu ve genetik birikme hipotezleri arasinda hala bir ayrim yapamiyoruz. Iki hipotez de bu sonucu tahmin ediyor.

Sekil 3. Azinlik atadan aktarilan DNA'nin genom uzerindeki yeri ve miktari, uc melez populasyonu karsilastirildiginda korelasyon gosteriyor.

Bu iki hipotez arasinda ayrim yapabilmek icin arastirmacilar atasal turlerlerin etkin populasyon buyuklugunu hesapliyorlar. Genetik birikme hipotezi etkin populasyon buyuklugu kucuk olan atasal turden aktarilan DNA'nin, daha guclu negatif secilime ugrayacagini soyluyordu. Arastirmacilar, X. malinche'nin etkin populasyon buyuklugunun X. birchmanni'ye kiyasla dort kat dusuk oldugunu tespit ediyorlar. Ayrica, X. malinche genomunda proteinlerin yapisini degistiren, dolayisiyla muhtemelen zararli olan daha fazla mutasyon buluyorlar (derived, nonsynonymous substitutions). Bu sonuc ca X. malinche'nin daha kucuk etkin populasyon buyuklugune sahip oldugunu gosteriyor. Hal boyleyken, melez populasyonlardan birinde, X. birchmanni'nin azinlik ata oldugu melez populasyonunda, genetik secilimin azinlik atadan gecen DNA'yi korumasi beklenir. Halbuki rekombinasyon hiziyla azinlik atadan aktarilan DNA arasindaki dogrusal oranti, bu beklentiye ters dusuyor. Yani bu melez populasyonu icin azinlik atadan aktarilan DNA uzerinde, genetik birikme hipotezine gore, negatif secilim olmamali. Yani, rekombinasyon hiziyla azinlik atadan aktarilan DNA miktari arasinda pozitif iliski gormeyi beklemiyoruz. Halbuki, Dobzhanski-Muller uyumsuzlugunu temel alan hipotez, uc melez tur icin de azinlik atadan aktarilan DNA'nin daha fazla negatif secilime ugrayacagini soyluyor (bu atanin etkin populasyon buyuklugunden bagimsiz olarak). Dolayisiyla yazarlara gore Dobzhanski-Muller uyumsuzlugu, kilickuyruk baligi melez populasyonlarinda azinlik atadan aktarilan DNA uzerinde isleyen secilimin arkasindaki temel sebep.

Hikayenin biraz daha devami var. Yazarlar insan-Neandertal karismasi senaryosu icin de bu calismada gelistirdikleri kavramsal cerceveyi kullaniyorlar ve uc hipotezi test etmeye calisiyorlar. Calismanin o kisminin sonuclarini simdilik atliyorum, belki daha sonra bahsedebilirim.

Bu calisma bize hem melez populasyonlar uzerinde isleyen olasi evrimsel mekanizmalar hakkinda kavramsal bir cerceve sunuyor hem de bu makenizmalarindan hangisinin daha etkili oldugunu test etmemizi saglayan pratik bir yontem oneriyor. Ozetle soylersek bu yontem, melez genomlarda azinlik atadan aktarilan genetik materyalle rekombinasyon hizi arasindaki iliskiye bakmak.

Bitirmeden calismanin benim gozume carpan bir iki ufak (ya da potansiyel olarak daha buyuk) sorununa deginmek istiyorum. Bunlardan ilki su: Bir genomda iki farkli atadan aktarilan DNA bolgelerini bulmak icin kullanilan yontemler genom uzerindeki rekombinasyon hizindan etkileniyorlar. Rekombinasyonun daha hizli oldugu bolgelerde bu tur yontemler daha iyi calisiyor. Zira bu yontemler rekombinasyonu modellemeye calisiyorlar ve genom uzerinde rekombinasyon hizinin yuksek oldugu bolgeler, modelleme icin daha cok bilgi sagliyor. Bu durumda modelin tahminleri de daha guvenilir oluyor. Yani arastirmacilarin kullandiklari yontem rekombinasyonla azinlik atadan aktarilan DNA miktari arasinda bulduklari pozitif iliskiye katki yapmis olabilir. Yani gordukleri kendi yarattiklari bir etki olabilir. Kismi de olsa calismanin boyle bir teknik sorun icerdigini dusunuyorum. Fakat makalenin yazarlarina bakarak soyleyebilirim ki sonuclar tamamen teknik sorunlardan kaynakli olsaydi, bu yazarlar boylesi bir makale yazmazlardi. Yani yazarlarin sorunun bilincinde oldugunu ve bu sorunu belli oranda kontrol edebildiklerini dusunuyorum.

Calismayla ilgili bir diger sorunlu nokta ise, rekombinasyon hizinin yer yer negatif secilimin gucu yerine kullaniliyor olmasi. Arastirmacilar azinlik atadan aktarilan DNA uzerinde isleyen secilimi ve bu secilimin arkasindaki sebepleri anlamaya calisiyorlar. Fakat negatif secilimin etkisini genom uzerinde dogrudan tespit etmektense rekombinasyon hizini secilimin gucu yerine kullaniyorlar. (Negatif secilimin etkisini genom uzerinde dogrudan tespit etmek muhtemelen cok kolay bir sey degil; gerci insan genomu icin boyle bir degisken var [B-statistic], ama diger turlerde boyle bir degisken hesaplanmamis olabilir). Ornegin negatif secilimin etkisini dogradan gosteren bir degisken olsa, genetik birikme hipotezini test ederken etkin populasyon buyuklugune gore azinlik atadan aktarilan DNA miktariyla rekombinasyon hizi arasindaki iliskiye bakmak yerine dogrudan negatif secilimin gucuyle arasindaki iliskiye bakilabilirdi. Boylece sonuclar daha guvenilir olurdu.

Yazinin sonunu biraz uzattim, ama bunlar da bu calismaya dair alinacak notlara dahil bence.

Ozgur               



*Rekombinasyon

11 Ekim 2017 Çarşamba

Ust Paleolitik Donem Insan Populasyonlarinda Sosyal Yapiya Dair Ipuclari

Yeni bir antik DNA calismasi. Arastirmacilar bu sefer ~34.000 yil once yasamis modern insanlara ait genomlari diziliyorlar. Rusya’da, Sungir arkeolojik kazi alaninda 3 farkli mezarda bulduklari 4 insan kemiginden elde ettikleri DNA’yi dizileyen arastirmacilar, Ust Paleolitik donemde yasamis insan populasyonlarinin sosyal orgutlenmeleri hakkinda ipuclari ediniyorlar.



Calismanin sonuclari soyle:

-Genomlari dizilenen bireylerin hepsi erkek, her bir birey icin elde edilen dizilerden bircogu Y kromozomuna denk geliyor*.

-Bireyler arasindaki akrabalik iliskileri paylasilan genetik materyalin uzunluguna ve bu materyalin toplam miktarina bakarak tahmin edilebiliyor. Ayrica, gene genom uzerinde homozigot bolgelerin dagilimi ve bireyler arasindaki paylasimi akrabalik iliskilerine dair ipuclari veriyor. Bu yontemleri kullanan arastirmacilar, Sungir bireylerinin birbirlerine 3. kusaktan daha yakin olmadiklarini buluyorlar.



-Sungir bireyleri arasindaki akrabalik iliskileri modern insanlar arasindaki iliskilere gore daha yakin gorunurken Neandertaller ve Denisovalilara (antik homininlere) kiyasla daha uzak gorunuyor. Yani antik homininlerde akrabalar arasi evlilik cok daha yayginken, modern insanlara giden kolda bu davranisin gorunme hizi azaliyor. Sungir populasyonu bu acidan bazi Afrikali modern avci-toplayici populasyonlara benziyor.



-Arastirmacilar Sungir bireylerinin ait oldugu populasyonun etkin popuasyon buyuklugunu ~500 civari hesapliyorlar.


-Veriler uzerine yapilan testler (outgroup f3 ve admixture graph testleri) Sungir bireylerinin birbirlerine diger modern ve antik insan bireylerinden daha yakin oldugunu gosteriyor. Ayni testler Sungir bireylerinin 36 bin yil kadar once Karadenizin kuzeyinde yasamis Kostenki12 ve Kostenki14 bireylerine olan genetik yakinliklarini da gosteriyor. Ayrica, Sungir bireyleri 27 ila 20 bin yil oncesinde bugunku ismiyle Cek Cumhuriyet’inde yasamis Vestonice insanlarina da genetik yakinlik gosteriyorlar. Bu gruplardan her birinin benzer donemlerde, yani Ust paleolitik Donem’de yasadiklarini dusunursek bu sonuclar cok da sasirtici degil. Fakat bu gruplar arasindaki iliskiler, birini takip eden ata-ogul iliskilerine benzemiyor. Her bir donem gecisinde bir onceki populasyon bir miktar baska bir populasyon tarafindan yenileniyor.



-Analizler Sungir bireylerine giden soyun diger modern insan soylarindan 38 bin yil kadar once ayrildiklarini gosteriyor. Bu atasal populasyonun etkin buyuklugu ise 297 birey olarak hesaplaniyor. 45 bin yil once Asya’da yasamis Ust Ishim bireyinin dahil oldugu populasyon icin ise, etkin buyukluk 1203 birey olarak hesaplaniyor.

-Hem Ust Ishim hem Sungir bireyleri gunumuzden 55 bin yil once Avrasya’da gerceklesmis Neandertal karisiminin izlerini tasiyorlar. Ustelik bu bireyler modern Avrasyalilara kiyasla ~%0.6 daha fazla Neandertal DNA’si tasiyorlar (ki modern Avrasyalilar genomlarinin %1.8-2.6’si oraninda Neandertal DNA’si tasiyorlar). Bu fazla Neandertal DNA’si zamanla modern insanlarda secilim tarafindan silinen miktari gosteriyor olabilir. Diger taraftan gene ayni sonuclar ikinci bir dalga Neandertal karisimina da isaret ediyor olabilir.



-Sungir bireyleri arasindaki genetik yakinlik miktari, bu Ust paleolitik populasyonlarin gruplar icinde es paylasmayi tericih etmediklerini gosteriyor. Yani Sungir bireyleri akraba evliliginden kacinmis. Sungir bireyleri icin birinci dereceden akrabalar populasyonun %10’undan daha fazlasini temsil etmiyor.

Ozgur



* Yeni nesil dizileme yontemleri DNA’yi once kucuk parcalari bolup oyle diziliyorlar ve DNA uzerinde her bir bolgeye cogu zaman birden cok dizi denk geliyor, buna ise coverage deniyor, her bir bolgeye denk gelen okuma sayisini gosteriyor; bu calismada dizilenen genomlarin coverage’lari 1.11X ile 10.75X arasi.

10 Ekim 2017 Salı

Yeni Neandertal Genomu - Vindija Neandertali

Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitusunden arastirmacilar, gecen hafta yeni bir Neandertal genomunu yayinladilar. Yayinlanan Neandertal genomu, Hirvatistan’da, Vindija magarasinda bulunan Neandertal bireylerinden birine ait. Daha once Sibirya’da Altay daglarinda, Denisova magarasinda bulunan Neandertal orneginin (Altay Neandertali) genomu yuksek kalite dizilenmisti. Gene ayni ekip bu sefer Avrupali bir Neandertal’in (Vindija Neandertal’i) genomunu yuksek kalite dizilmeyi basardi.

Calismanin sonuclari ozetle soyle:

            -Genom disi bir bireye ait. X kromozomu ile otozomlar arasinda her bir baz basina dusen okuma miktari acisindan bir fark yok. Yani bu bireyin iki X kromozomu var, yani bu birey disi (XX). Birey erkek (XY) olsaydi, X kromozomuna ait her bir baz basina dusen okuma miktari otozomlarin yarisi kadar olurdu.

            -Hesaplanan heterozigosite orani  (heterozygosity) her bir nukleotit pozisyonu icin 1.6x10-4. Bu da ~3000 bireylik bir etkin populasyon buyuklugune (efective popution size: Ne) tekabul ediyor: 1.6x10-4 = 4 x Ne x 1.2x10-8(mutasyon hizi) ==> Ne ~= 3000.  (modern insanlarin etkin populasyon buyuklugu 10000 birey civari).

-Genomun uzerinde 2.5 megabazlik homozigot bolgeler var. Vindija Neandertal’inin ait oldugu populasyon, izole olmusluk ve akraba evlilikleri acisindan, bazi Amerikan yerlisi populasyonlara benziyor.


-Vindija Neandertal’i 52 bin yil once yasamis. Altay Neandertali 122 bin yil once, Denisova bireyi ise 72 bin yil once yasamis.

-Vindija Neandertali, Altay Neandertaliyle 130-145 bin yil once, Denisovalilarla 390-440 bin yil once, modern insanlarla da 520-630 bin yil once yasamis ortak atalara sahip. Yani bu tarihlerden itibaren Vindija Neandertaline giden soy diger soylardan ayriliyor.


-Arastirmacilar daha onceki calismalarda Denisovali genomunda izleri bulunan, hem Neandertallerden hem de Denisovalilardan daha once evrimlesmis bir hominin turunden (muhtemelen Homo erectus) Denisovalilara dogru gerceklesen gen akisina dair yeni kanitlar buluyorlar: Denisovalilar hem Altay Neandertaline hem de Vindija Neandertaline kiyasla modern Afrikalilarda gorunen turemis alellerden daha az tasiyorlar; yani Denisovali genomu iki Neandertal genomuna kiyasla daha yasli gorunuyor (bu da Denisovalilarin, daha once evrimlesmis bir hominin turunden aktarilan genetik materyal tasidiklari hipotezini destekliyor).

-Yukaridaki mantigi izleyerek Vindija ve Altay Neandertallerini birbirleriyle karsilastiran arastirmacilar, iki genom arasinda modern Afrikalilarla paylastiklari turemis alellerin orani acisindan bir farklilik goremiyorlar. Bu da Vindija ve Altay Neandertallerinin atalarinin modern insanlarla gerceklestirdikleri gen alisverisi acisindan bir farklilik gostermedigine isaret ediyor. Bu ise, daha once baska bir calismada gosterilen, modern insanlarin atalarindan Neandertallere dogru gerceklesen gen akisinin Vindija ve Altay Neandertallerinin atalarina dogru gerceklesmis olmasi gerektigini, yani 130-145 bin yildan once  gerceklestigini gosteriyor.



-Altay ve Vindija Neandertallerine ek olarak daha once Mezmaiskaya Neandertalinin genomu dusuk kalite dizilenmisti  (Mezmaiskaya Neandertali Kafkasya'da yasamis). Afrikali olmayan modern insan genomlariyla paylastiklari genetik materyal acisindan bu uc Neandertal genomunu karsilastiran arastirmacilar, Vindija ve Mezmaiskaya Neandertallerinin Afrikali olmayan modern insan genomlariyla daha fazla alel paylastiklarini goruyorlar. Ayrica bu iki genom arasinda bir fark goremiyorlar. Bu da Neandertallerden modern insanlara dogru Avrasya’da gerceklesen gen akisinin ~80-100 bin yil once, bu iki Neandertal bireyinin ortak atasindan dogru oldugunu gosteriyor.


-Arastirmacilar, Vindija Neandertalini kullanarak Avrupali olmayan insan genomlarinda % 1.8-2.6 civari Neandertal DNA’si tespit ediyorlar (Altay Neandertali kullanilarak yapilan son tespit, % 1.5-2.1 arasiydi). Ayrica baska bir metod ve gene Vindija Neandertalini kullanarak her bir bireyde 35-40 megabaz civari Neandertal DNA’si tespit ediyorlar (Altay Neandertali kullanilarak %10 daha az Neandertal DNA'si tespit edilmisti).



Ozgur

10 Mayıs 2017 Çarşamba

Bantu-Dilleri Konusan Insan Populasyonlarinin Goc Oykuleri

Bantu dilleri konusan (BDK) Afrika insan populasyonlari bundan 4000-5000 yil once Bati-Orta Afrika'dan kitanin dogusuna ve guneyine dogru yayiliyorlar. Bu yayilma tarimi Afrika'nin geneline yaymakla birlikte bircok Afrika populasyonunun genetik ve demografik yapisini da radikal bir sekilde degistiriyor. Bugun Sahara Alti Afrika'nin neredeyse her yerinde Bantu dilleri konusan insan populasyonlari gormek mumkun.

BDK populasyonlarinin yayilmasina dair iki farkli gorus var. Birinci gorus, ki erken ayrilma (early split) hipotezi olarak biliniyor, Bantu anayurdunda (Bantu heartland) once bir ayrilma oldugunu ve ayrilan Bati ve Dogu populasyonlarinin iki farkli yayilma rotasi izledigini iddia ediyor. Diger gorus ise (gec ayrilma [late split] hipotezi) yayilmanin once guneye, ekvatora ve Angola'ya dogru oldugunu, daha sonra ise burada ayrilan populasyonlarin farkli rotalar izleyerek kitanin geri kalanina yayildiklarini soyluyor.

Bu hafta yayinlanan bir calisma, Bantu-dilleri konusan insan populasyonlarinin goc oykulerini genetik verilere dayanarak cozmeye calisiyor. Dogu, Bati ve Guneydogu BDK insan populasyonlarindan 1000'in uzerinde insana ait genetik verileri analiz eden arastirmacilar, gec ayrilma hipotezini destekleyen bulgulara ulasiyorlar. Bati BDK populasyonlarini kaynak populasyona en yakin modern populasyon olarak referans alan arastirmacilar, Dogu ve Guneydogu BDK populasyonlarinin Bati BDK populasyonlarina genetik olarak benzer uzakliklarda olduklarini; ayrica bu populasyonlara ait genomlardaki Bati BDK atasal katkisinin Angola'da yasayan Bati BDK populasyonlarindan kaynaklandigini buluyorlar. Bu da yayilan BDK populasyonlarinin once guneye, Angola'ya dogru goc ettiklerini daha sonra ise burada ayrildiklarini gosteriyor (asagidaki sekil).    

Solda, Dogu BDK populasyonlarinin (eBSP) karisma oykuleri. Sagda Guneydogu BDK populasyonlarinin (seBSP) karisma oykuleri. Her bir daire farkli bir atasal kaynagi gosteriyor; dairelerin boyu genetik katkinin miktariyla dogru orantili olarak degisiyor. Her iki populasyonda da Angola Bati BDK populasyonlarina ait atasal katkinin izleri var. Kaynak: http://science.sciencemag.org/content/356/6337/543.full 

Bantu dilleri konusan populasyonlar yayildiklari yerlerde yerel baska populasyonlarla da karismislar. Ornegin, Dogu BDK populasyonlari Etiyopyali Afro-Asyatik (Afroasiatic) dilleri konusan populasyonlarla karismislar ve bu karismadan genomlarina %17 civari yerel populasyonlara ait DNA aktarilmis. Guneydogu BDK populasyonlari ise Guney Afrika'da San avci-toplayicilari ile karismislar ve bu karisma sonucunda genomlarina %23 San DNA'si aktarilmis. Ayrica Guneydogu BDK genomlarinda gorunen Dogu BDK katkisi, Dogu BDK populasyonlarinin daha sonra guneye yayilarak Guneydogu BDK populasyonlariyla karistiklarini da gosteriyor. Bati BDK populasyonlari ise Orta Afrika'nin yagmur ormanlarinda yasayan avci toplayicilarla karismislar ve bu karisma sonrasi genomlarina %16 civari yagmur ormani avci toplayicilarinin DNA'si miras kalmis.

Afrika insan populasyonlarinin oykusu cok karmasik ve zengin. Biz ise bunu daha yeni yeni anlamaya basliyoruz (en azindan genetik olarak), muhtemelen Avrupa'yla kafayi bozdugumuz icin. "Kara kita"yi merkezine alan her calisma da aslinda bu yuzden biraz daha degerli.

Ozgur



Paleolitik At Figurleri Sembolik Kulturun Ornekleri mi?

Modern insanin evriminde Ust Paleolitik Cag (50.000 yil ila 10.000 yil once) onemli bir donemi simgeliyor. Insan populasyonlari bu donemde hizla buyur ve Avrasya'nin yer kosesine yayilirken, teknoloji ve kultur de bu donemde gene cok hizli gelisiyor. Kulturun en onemli gostergelerinden birisi ise Magara resimleri. Magaralara resimler cizmek insan topluluklarinin daha eski caglarda edindikleri bir ugras olmakla beraber resimlerin karmasikligi ve yayginligi bu cagla beraber birkac kat artiyor. Magara resimleri arasinda en cok dikkat ceken ornekler arasinda ise at figurleri var. Bu figurler farkli donemlere ait birkac farkli magarada karsimiza cikiyorlar (asagidaki sekil). At figurlerini de iceren bu resimlerin ozellikle bir kisminin dogayi dogrudan yansitmak disinda sembolik anlamlar icerdikleri de dusunuluyordu. Ornegin bazi atlar benekli cizilmisken (sekilde ustte, sagdaki atlar) gene bazi baska atlarin renkleri de oldukca abartilmis gorunuyordu (sekilde ustte, soldaki at).          

Ustte Paleolitik donemde farkli doneme ait magaralara cizilen at resimleri. Asagida modern atlar. Kaynak http://www.pnas.org/content/108/46/18626.full 
Bu hafta basilan bir calisma ile, Paleolitik doneme ait at fosillerinden elde ettikleri DNA orneklerini dizileyen arastirmacilar, bu teorinin aksi yonunde bulgulara ulasiyorlar. Paleolitik doneme ait atlarin genomlarinda magara resimlerinde sergilenen butun at desen ve deri renkleriyle bagintili genetik isaretciler buluyorlar. Ornegin modern atlarda benekli desenle bagintili bir genetik isaretci (LP isaretcisi), Paleolitik doneme ait 10 at orneginin ucunde gorunuyor. Gene benzer sekilde siyah deri rengiyle (ustte, ortadaki at figurleri) bagintili isaretciler antik atlarda yaygin olarak gorunuyor. Ozetle magara resimlerinde sergilenen butun at desen ve deri renkleri Paleolitik cagdaki evcillestirilmemis at populasyonlarinda gorunuyormusa benziyor. Bu ise bu resimlerin sembolik anlamlar icerdigi yonundeki teoriye zit kanitlar sunuyor. Insanlar daha cok cevrelerinde gorduklerini dogrudan magara duvarlarina yansitmisa benziyorlar. Tabii, bu calisma Paleolitik donemde sembolik kulturun hic gelismedigini de iddia etmiyor -zira bunun bircok baska ornegi var (bakiniz aslan basli adam figurini)-, fakat magaralara cizilmis at figurlerinin boyle bir anlatinin ornegi olmayabilecegini soyluyor.

Populasyon genetigi calismalari yakin donemde antropolojinin ve arkeolojinin sordugu bircok soruyu cevaplamaya yonelik cok onemli girisimlerde bulundu. Bu calisma da boyle bir cabanin ilginc bir ornegi.    

Ozgur

3 Nisan 2017 Pazartesi

Brezilyalilarin Atalarina Dair Bir Tahmin Girisimi

Gecen ay yayinlanan bir makale gunumuz Brezilyalilarinin genomlarina bakarak populasyon oykulerini anlamaya calisiyor. 1538 bireyi, genomun varyasyon gosteren ~770.000 bolgesinde (single nucleotide polymorphism [SNP]) karakterize ediyor arastirmacilar. Bu verilerle once temel bilesenler analizi (Principle Component Analysis [PCA]) yapiyorlar. 1000 Genom populasyonlarini ayni pozisyonlara gore temel birlesenler analizine eklediklerinde (superimposing), ilk eksen Afrikali-Avrupali eksenine gore populasyonlari ayristiriyor. Dolayisiyla bu eksen Brezilyalilardaki Afrikali ve Avrupali genetik katkisina dair bilgi veriyor. Ikinci eksen ise Brezilyalilari genomlarindaki Amerikan yerlisi (Amerindian) katkisina gore ayiriyor. Bu eksende, gunumuz Amerikali populasyonlari arasinda Perulular gorece daha az karismis Amerikan yerlileri olarak one cikiyor.  

Daha sonra Brezilyalilara ait verilerle ADMIXTURE* analizi yapiyor arastirmacilar. ADMIXTURE analizi, genetik verileri yakinliklarina gore gruplandiriyor. Olusan gruplar, genellikle verilerin kaynaklandigi atasal populasyonlara dair bilgi veriyor. Brezilyalilar icin uc ayri atasal grubun genetik verileri en iyi anlattigini goruyor arastirmacilar. Daha sonra bu verileri kaynaklandiklari atasal gruplara gore ayiran arastirmacilar, bu uc ayri atasal gruba ait verilerle 1000 Genom populasyonlari arasinda ayrisma indeksine (fixation index [Fst]) bakiyorlar. Bu indeks populasyonlarin birbirlerine olan genetik uzaklilarini olcuyor. Arastirmacilar bu indeksi, gunumuz populasyonlari arasinda Brezilyalilarin atasal populasyonlarina en yakin olan populasyonlari bulmak icin kullaniyorlar. Kenya'da yasayan Luhyalar Afrikali kaynak populasyona en yakin olarak ortaya cikarken Avrupali kaynak populasyon icin Guney Avrupalilarin daha yakin oldugunu gorunuyor. Amerikan yerlisi kaynak populasyonun ise Los Angeles'da yasayan Meksikalilar, Kolombiyalilar ve Perulular oldugu gorunuyor. Bu kaynak populasyonlarla tekrar ADMIXTURE (supervised ADMIXTURE) analizi yapan arastimacilar, Brezilyalilardaki Avrupali genetik katkisini %56.8, Afrikali katkisini %22.9 ve Amerikan yerlisi katkisini %20.3 olarak tahmin ediyorlar.

Ozgur

*ADMIXTURE analizi, genetik verileri verinin icindeki varyasyonun yapisina gore gruplandiriyor.

"Genome-wide Analysis in Brazilians Reveals Highly Differentiated Native American Genome Regions - Mychaleckyi et al 2017 - Molecular Biology and Evolution"

19 Ocak 2017 Perşembe

Sempanzelerle Bonobolarin Karisma Oykuleri


Gecen yilin sonlarina doğru yayinlanan bir çalışma (Kasim 2016), sempanze ve bonobolarin populasyon öyküleriyle ilgili cok ilginc bulgulara ulaşıyor. Bu bulgular arasında bonobo ve sempanzelerin tipki modern insanlar ve Neandertaller gibi birbirleriyle karışmis olduklari da var. Gorunen o ki bonobolarla sempanzeler yakin evrimsel tarihlerinde en az iki sefer karışmışlar ve bu karışmalar sonucunda bonobolardan sempanzelere doğru gen akisi gerçekleşmiş.

10 ayri Afrika ülkesinden 75 bonobo ve şempanzenin genomlarini dizileyen arastirmacilar, bu verilerle sempanze ve bonoboların populasyon öykülerini yeniden yaziyorlar. Daha onceki çalışmalara dayanilarak sempanzelerin 4 ayri altture ayrildiklari biliniyordu. Bu dort alttur, bati, Nijerya-Kamerun, merkez (Central) ve dogu sempanzeleri olarak biliniyor (sekil 1). Genetik verilere bakildiginda en fazla genetik cesitliligin merkez sempanzelerinde oldugunu goruyor arastirmacilar. Bu da, merkez sempanzelerinin evrimsel olarak daha buyuk populasyonlara (effective population size) sahip olduklarina isaret ediyor. Diger altturler ise daha once genetik darbogaz[1] gecirdiklerine dair sinyaller gosteriyorlar. 

Sekil 1. Sempanze ve bonobolarin Afrika kitasindaki yayilimi. Mavi, bati sempanzelerini, kirmizi, Nijerya-Kamerun sempanzelerini, yesil, merkez sempanzelerini, mor, bonobolari, turuncu, dogu sempanzelerini gosteriyor. Seklin orijinali burada.   

Ellerindeki ornekleri genetik verilere gore gruplandiran arastirmacilar, ayni alttur icinde farkli bolgelerde yasayan sempanzelerin ait olduklari bolgelere gore gruplandiklarini goruyorlar (sekil 2). Bu sonuclarin koruma calismalarina dogrudan etkisi var. Kacakcilarin elinden canli olarak kurtarilan ya da hayvanat bahcelerinden dogaya geri birakilan sempanze ve bonobolarin ait olduklari popülasyonlar genetik verilere bakilarak tahmin edilebilir anlamina geliyor bu sonuclar. Koruma calismalarinin potensiyel sıkıntılarından birisi, kurtarilan bir bireyin ait olmadigi bir populasyona yerleştirilme riski. Bu durum, yerlestirilen bireyin hayatta kalma sansini dusurebilecegi gibi alici populasyonun cevresine uyumunu da bozabilir. Zira yerlestirilen birey kendisiyle beraber "yabanci genleri" de beraberinde tasiyabilir. Bu calismayla bu tur olumsuz sonuclardan kacinmak mumkun.

Sekil 2. Dogu ve merkez sempanzeleri ait olduklari cografyalara gore ayriliyor. Dogu sempanzeleri, turuncular, yukaridaki sekil; merkez sempanzeleri, yesiller, asigidaki sekil. Seklin orijinali burada.

Calısmanın bir diğer onemli sonucu, merkez, doğu, ve Nijerya-Kamerun şempanzelerinin bati şempanzelerine oranla bonobolarla daha fazla genetik çeşitlilik (turemis alel) paylasmaları (sekil 3). Bu paylasilan turemis aleller bonobolarda görece yüksek frekansta gorunurken, bati şempanzeleri haric şempanze populasyonlarında görece dusuk ve orta frekanslarda gorunuyor. Bu sonuçlar, bonobolardan merkez, doğu ve Nijerya-Kamerun şempanzelerine doğru gen akisi olduğu gösteriyor. Zira bir karisma senaryosunda donor popülasyonda (bonobolar) yüksek frekansta görünen alellerin alici popülasyona geçmesi, dusuk frekansli alellere gore daha olasi. Ayrica, karisma sonrasi alici popülasyona 
 (sempanzeler) gecen aleller, bu geçiş anindan itaberen alici popülasyonda görece dusuk frekanslarda goruneceklerdir. Cunku donor popülasyondan alici popülasyona karısan bireylerin sayıca az olması, dolayisiyla gorece dusuk frekansta genetik cesitliligi alici populasyona aktarmalari beklenir.


Sekil 3. Merkez, dogu ve Nijerya-Kamerun sempanzeleri, bati sempanzelerine kiyasla bonobolarla daha fazla turemis alel paylasiyor. Bu ise bonobolarla merkez, dogu ve Nijerya-Kamerun sempanzeleri arasinda gen akisi olduguna isaret ediyor. Central, merkez sempanzeleri, Eastern, dogu sempanzeleri, NC, Nijerya-Kamerun sempanzeleri, Western, bati sempanzeleri. Seklin orijinali burada.

Arastirmacilar, bonobolardan şempanzelere gen akisi olduğunu saptadiktan sonra, şempanze genomlarinda bonobo DNA’sina benzeyen DNA parçalarına (haplotipler) bakıyorlar.  Bu tur DNA parcalarinin merkez şempanzelerin genomunun kabaca %2,4’unu olusturdugunu goruyorlar. Bu oran, doğu ve Nijeya-Kamerun şempanzelerinde ise daha dusuk gözüküyor. Arastirmacilar bu sonuclari simülasyonlarla da test ediyorlar. Sadece karisma senaryosu içeren simülasyonlar, gerçek verilerde görünen oruntuleri tekrarlayabiliyor (sekil 3).


Sekil 4. Karisma senaryosu iceren simulasyonlar, icermeyen simulasyonlara gore gercek verilerdeki oruntulere daha cok benziyor. Yukaridaki sekil, gercek verileri, ortadaki sekil, karisma senaryosu icermeyen simulasyonlarin sonuclarini, asagidaki sekil ise karisma senaryosu iceren simulasyonlarin sonuclarini gosteriyor. Sekiller, merkez ve bati sempanzelerinin genomlarinda bonobolara en cok benzeye yerlerde, bu iki alttur arasindaki mesafeye bakiyor. Bir karisma durumunda, bonobolara en cok benzeyen genom bolgelerinin ayni zamanda bu iki sempanzenin birbirine en uzak olduklari bolgeler olmasi beklenir. Zira, yukaridaki ve asagidaki sekillerin sol taraflarinda (yani sempanzelerin bonobolara en cok benzedikleri yerlerde) yesil cizginin daha yukarida oldugunu (yani merkez sempanzelerinin bati sempanzelerinden daha fazla ayristigini) goruyoruz. Central, merkez sempanzeleri, Western, bati sempanzeleri. Seklin orijinali burada.      

Sempanze genomlarindaki bonobo-benzeri DNA parçalarına yakindan bakan arastirmacilar, merkez şempanzelerinde diğer uc şempanze alttüründe görünmeyen cok sayida bonobo-benzeri DNA parcasi goruyorlar. Ayrica, bu DNA parcalari genomun geri kalanina oranla daha az korunmuş gorunuyor. Bu da bonobolardan şempanzelere gecen genlerin cogunlukla herhangi bir evrimsel avantaj tasimadigina işaret ediyor -aksi takdirde daha fazla korunmalari beklenirdi.

Arastirmacilar son olarak bonobolarla şempanzeler arasindaki karismanin yasini tahmin etmeye calisiyor. Bonobolardan şempanzelere geçtiği dusunulen DNA parcalarini hem bonobo hem de şempanze DNA’lariyla karsilastiran arastirmacilar[2], bonobolarla merkez ve doğu şempanzelerinin atalarinin 550.000 ila 200.000 yil once bir kez karistigini; ve bunu takiben 200,000 yil ile 100,000 yil once ikinci bir defa bonobolardan merkez şempanzelerine gen akisi olduğunu buluyorlar. Nijerya-Kamerun şempanzelerindeki karisma sinyallerini ise sempanzeler arasindaki ikincil karismalara bağlıyorlar. Bu grift karisma oykulerinin bir özetini asagidaki sekilde (sekil 5) görebilirsiniz.


Sekil 5. Sempanze ve bonobolarin populasyon oykuleri. Bonobolardan sempanzelere en azindan iki defa gen akisi gerceklesmis. Ayrica, sempanze altturleri arasinda da gen akisi var. Central, merkez sempanzeleri, Eastern, dogu sempanzeleri, NC, Nijerya-Kamerun sempanzeleri, Western, bati sempanzeleri; Bonobos, bonobolar. Seklin orijinali burada.

Ozgur



[1] Genetik darbogaz, bir populasyonun ani sekilde kuculmesi sonucu, o populasyondaki genetik cesitliligin ciddi oranlarda azalmasina deniyor. 



[2] Arastirmacilar bonobolardan şempanzelere gecen DNA parcalarinin yasini hesaplarken “coalescent” teoriden (“coalescent” turkceye birleşme diye cevirilebilir) yararlanıyor. Coalescent teori, her iki farkli DNA parçasının evrimlerinin bir noktasinda ortak bir ataya sahip olduklarini varsayar. Bu ortak atanin en son ne zaman gorundugunu ise iki DNA parcasi arasindaki genetik cesitliligin miktarina bakarak cikarsar. Zira bu iki DNA parcasi, ortak atalarindan ayrildiktan sonra farkli popülasyonlarda evrilecekler ve rastgele genetik çeşitlilik biriktireceklerdir. Bu iki DNA parcasi arasinda biriken genetik cesitliligin miktari da ayrismalarindan bu yana gecen zamanla orantili olacaktır. Yani, iki DNA parcasi arasindaki genetik cesitliligin miktari bize ayrismalarindan bu yana gecen zamani verir.