Наша любовь к вкусным углеводам, возможно, насчитывает 800 000 лет

Ген, запускающий расщепление крахмала, предположительно впервые был дублирован задолго до появления земледелия.

Наша древняя ДНК, возможно, сформировала нашу любовь к хлебу, макаронам, рису и другим углеводам. Нам уже давно известно, что наш вид несет в себе множественные копии генов, которые позволяют нам начинать расщеплять сложные углеводы уже во рту. Этот первый этап метаболизма крахмалистой пищи хорошо изучен, но было сложнее точно определить, как и когда увеличилось количество этих генов, перерабатывающих углеводы.

Новое исследование указывает на то, что ранние дупликации (удвоения) гена слюнной амилазы (AMY1) могли начаться более 800 000 лет назад, еще до того, как люди начали заниматься земледелием. Эти удвоения открыли путь к широкому генетическому разнообразию, которое существует и сегодня и помогает нам переваривать крахмалистую пищу. Результаты подробно описаны в исследовании, опубликованном 17 октября в онлайн-выпуске журнала Science.

Амилаза — это пищеварительный фермент, который расщепляет крахмал до глюкозы, которую организм может использовать как топливо. Она вырабатывается в поджелудочной железе и слюнных железах, а также придает хлебу его вкус.

«Идея в том, что чем больше у вас копий гена амилазы, тем больше амилазы вы можете произвести и тем эффективнее вы можете переваривать крахмал», — заявил в пресс-релизе соавтор исследования Омер Гёкчумен, эволюционный антрополог из Университета Буффало.

В этом исследовании Гёкчумен использовал оптическое картирование генома и секвенирование длинных фрагментов ДНК для картирования области гена AMY1. Как правило, методы секвенирования коротких фрагментов с трудом точно различают копии генов в этой области, поскольку их последовательности почти идентичны. Секвенирование длинных фрагментов позволило команде изучить гены современных людей и получить более четкую картину того, как удвоения AMY1 эволюционировали с течением времени.

Они проанализировали геномы 68 древних людей, включая образец возрастом 45 000 лет из Сибири. Они обнаружили, что у охотников-собирателей, живших до появления земледелия, уже было в среднем от четырех до восьми копий AMY1 на диплоидную клетку. Это позволяет предположить, что у ранних людей в Евразии уже было большое разнообразие копий AMY1 задолго до того, как они начали окультуривать растения, такие как пшеница, и увеличивать потребление крахмала.

Команда также обнаружила, что удвоения гена AMY1 происходили как у неандертальцев, так и у денисовцев.

«Это говорит о том, что ген AMY1 мог впервые удвоиться более 800 000 лет назад, еще до разделения людей и неандертальцев, и гораздо раньше, чем предполагалось ранее», — заявил в пресс-релизе Квондо Ким, соавтор исследования и вычислительный биолог из Джексоновской лаборатории геномной медицины в Коннектикуте.

По словам исследовательской группы, именно эти первоначальные удвоения в наших геномах заложили основу для серьезных вариаций в области амилазы. Это позволило нашему виду адаптироваться к серьезным изменениям в рационе по мере того, как потребление крахмала резко возрастало.

Это первоначальное удвоение AMY1 было подобно первому падающему домино в последовательности, которая создала огромную генетическую возможность, впоследствии сформировавшую наш вид. По мере того как люди распространялись по более теплым и холодным регионам с разными источниками пищи, гибкость в количестве копий AMY1 позволила им адаптироваться к новым диетам, особенно богатым крахмалом.

«После первоначального удвоения, которое привело к появлению трех копий AMY1 в клетке, локус амилазы стал нестабильным и начал создавать новые вариации», — заявила в пресс-релизе соавтор исследования Хариклия Карагеоргиу, эволюционный генетик из Университета Буффало. «Имея три копии AMY1, можно получить до девяти копий или даже вернуться к одной копии на гаплоидную клетку».

Исследование также показывает, как само сельское хозяйство повлияло на вариативность AMY1. У ранних охотников-собирателей было множество копий гена, но у ранних европейских фермеров за последние 4000 лет наблюдался скачок среднего количества копий AMY1. Это, вероятно, связано с их богатой крахмалом диетой. Более ранние исследования показали, что одомашненные животные, живущие рядом с людьми, также имеют большее количество копий AMY1 по сравнению с животными, которые не так сильно зависят от богатой крахмалом диеты.

«Люди с более высоким числом копий AMY1, вероятно, переваривали крахмал более эффективно и имели больше потомства», — сказал Гёкчумен. «Их родословные в конечном итоге процветали в течение длительного эволюционного периода лучше, чем те, у кого было меньше копий, распространяя количество копий AMY1».

Эти выводы также согласуются с исследованием, опубликованным в сентябре, которое показало, что люди в Европе увеличили среднее количество копий AMY1 с четырех до семи за последние 12 000 лет.

«Учитывая ключевую роль вариативности числа копий AMY1 в эволюции человека, эта генетическая вариативность открывает захватывающие возможности для изучения ее влияния на метаболическое здоровье и выявления механизмов, участвующих в переваривании крахмала и метаболизме глюкозы», — заявила в пресс-релизе соавтор исследования Фейза Йылмаз, вычислительный биолог из Джексоновой лаборатории. «Будущие исследования могут выявить ее точные эффекты и временные рамки отбора, предоставив важные сведения в области генетики, питания и здоровья».

Laura Baisas “Our love of delicious carbs may go back 800,000 years”

Перевод статьи «Our love of delicious carbs may go back 800,000 years» автора Laura Baisas, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык