The bonobo genome compared with the chimpanzee and human genomes



Yüklə 144,49 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix03.05.2018
ölçüsü144,49 Kb.
#41441


LETTER

doi:10.1038/nature11128

The bonobo genome compared with the chimpanzee

and human genomes

Kay Pru

¨fer


1

, Kasper Munch

2

, Ines Hellmann



3

, Keiko Akagi

4

, Jason R. Miller



5

, Brian Walenz

5

, Sergey Koren



6

, Granger Sutton

5

,

Chinnappa Kodira



7

, Roger Winer

7

, James R. Knight



7

, James C. Mullikin

8

, Stephen J. Meader



9

, Chris P. Ponting

9

, Gerton Lunter



10

,

Saneyuki Higashino



11

, Asger Hobolth

2

, Julien Dutheil



2

, Emre Karakoç

12

, Can Alkan



12

{

, Saba Sajjadian



12

, Claudia Rita Catacchio

13

,

Mario Ventura



12,13

, Tomas Marques-Bonet

12,14

, Evan E. Eichler



12

, Claudine Andre´

15

, Rebeca Atencia



16

, Lawrence Mugisha

17

,

Jo



¨rg Junhold

18

, Nick Patterson



19

, Michael Siebauer

1

, Jeffrey M. Good



1,20

, Anne Fischer

1,21

, Susan E. Ptak



1

, Michael Lachmann

1

,

David E. Symer



4

, Thomas Mailund

2

, Mikkel H. Schierup



2,22

, Aida M. Andre´s

1

, Janet Kelso



1

& Svante Pa

¨a

¨bo


1

Two African apes are the closest living relatives of humans: the

chimpanzee (

Pan troglodytes

) and the bonobo (

Pan paniscus

).

Although they are similar in many respects, bonobos and chim-



panzees differ strikingly in key social and sexual behaviours

1–4


, and

for some of these traits they show more similarity with humans

than with each other. Here we report the sequencing and assembly

of the bonobo genome to study its evolutionary relationship with

the chimpanzee and human genomes. We find that more than three

per cent of the human genome is more closely related to either the

bonobo or the chimpanzee genome than these are to each other.

These regions allow various aspects of the ancestry of the two ape

species to be reconstructed. In addition, many of the regions that

overlap genes may eventually help us understand the genetic basis

of phenotypes that humans share with one of the two apes to the

exclusion of the other.

Whereas chimpanzees are widespread across equatorial Africa,

bonobos live only south of the Congo River in the Democratic

Republic of Congo (Fig. 1a). As a result of their relatively small and

remote habitat, bonobos were the last ape species to be described

2

and


are the rarest of all apes in captivity. As a consequence, they have, until

recently, been little studied

2

. It is known that whereas DNA sequences



in humans diverged from those in bonobos and chimpanzees five to

seven million years ago, DNA sequences in bonobos diverged from

those in chimpanzees around two million years ago. Bonobos are thus

closely related to chimpanzees. Moreover, comparison of a small

number of autosomal DNA sequences has shown that bonobo DNA

sequences often fall within the variation of chimpanzees

5

.

Bonobos and chimpanzees are highly similar to each other in many



respects. However, the behaviour of the two species differs in import-

ant ways


1

. For example, male chimpanzees use aggression to compete

for dominance rank and obtain sex, and they cooperate to defend their

home range and attack other groups

3

. By contrast, bonobo males are



commonly subordinate to females and do not compete intensely for

dominance rank

1

. They do not form alliances with one another and



there is no evidence of lethal aggression between groups

3

. Compared



with chimpanzees, bonobos are playful throughout their lives and

show intense sexual behaviour

3

that serves non-conceptive functions



and often involves same-sex partners

4

. Thus, chimpanzees and



bonobos each possess certain characteristics that are more similar to

human traits than they are to one another’s. No parsimonious recon-

struction of the social structure and behavioural patterns of the

common ancestor of humans, chimpanzees and bonobos is therefore

possible. That ancestor may in fact have possessed a mosaic of features,

including those now seen in bonobo, chimpanzee and human.

To understand the evolutionary relationships of bonobos, chimpan-

zees and humans better, we sequenced and assembled the genome of a

female bonobo individual (Ulindi) and compared it to those of

chimpanzees and humans. Compared with the 63 Sanger-sequenced

chimpanzee genome

6

(panTro2), the bonobo genome assembly has a



similar number of bases in alignment with the human genome, a

similar number of lineage-specific substitutions and similar indel error

rates (Table 1 and Supplementary Information, sections 2 and 3),

suggesting that the two ape genomes are of similar quality. Segmental

duplications affect at least 80 Mb of the bonobo genome, according to

excess sequence read-depth predictions. Owing to over-collapsing of

duplications, only 14.6 Mb are present in the final assembly (Sup-

plementary Information, section 4), a common error seen in assemblies

from shorter-read technologies

7

. We used the finished chimpanzee



sequence of chromosome 21 together with the human genome

sequence to estimate an error rate of approximately two errors per

10 kb in the bonobo genome, with comparable qualities for the X chro-

mosome and autosomes. The bonobo genome can therefore serve as a

high-quality sequence for comparative genome analyses.

On average, the two alleles in single-copy, autosomal regions in the

Ulindi genome are approximately 99.9% identical to each other, 99.6%

identical to corresponding sequences in the chimpanzee genome and

98.7% identical to corresponding sequences in the human genome. A

comprehensive analysis of the bonobo genome is presented in

Supplementary Information. Here we summarize the most interesting

results.


We identified and validated experimentally a total of 704 kb of DNA

sequences that occur in bonobo-specific segmental duplications. They

contain three partially duplicated genes (CFHR2, DUS2L and

CACNA1B) and two completely duplicated genes (CFHR4 and

1

Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, D-04103 Leipzig, Germany.



2

Bioinformatics Research Centre, Aarhus University, DK-8000 Aarhus C, Denmark.

3

Max F. Perutz Laboratories, University



Vienna, A-1030 Vienna, Austria.

4

Human Cancer Genetics Program and Department of Molecular Virology, Immunology and Medical Genetics, The Ohio State University Comprehensive Cancer Center,



Columbus, Ohio 43210, USA.

5

J. Craig Venter Institute, Rockville, Maryland 20850, USA.



6

University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA.

7

454 Life Sciences, Branford, Connecticut 06405, USA.



8

Genome Technology Branch, National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland 20892, USA.

9

MRC Functional Genomics Unit, Department of Physiology,



Anatomy and Genetics, University of Oxford, South Parks Road, Oxford OX1 3QX, UK.

10

The Wellcome Trust Centre for Human Genetics, Roosevelt Drive, Oxford OX3 7BN, UK.



11

Graduate School of

Bioscience and Biotechnology, Tokyo Institute of Technology, Kanagawa 226-8503, Japan.

12

Department of Genome Sciences, University of Washington and the Howard Hughes Medical Institute, Seattle,



Washington 98195, USA.

13

Sezione di Genetica-Dipartimento di Anatomia Patologica e Genetica, University of Bari, I-70125 Bari, Italy.



14

ICREA, Institut de Biologia Evolutiva (UPF-CSIC), 08003 Barcelona,

Catalonia, Spain.

15

Lola Ya Bonobo Bonobo Sanctuary, ‘‘Petites Chutes de la Lukaya’’, Kinshasa, Democratic Republic of Congo.



16

Re´serve Naturelle Sanctuaire a` Chimpanze´s de Tchimpounga, Jane

Goodall Institute, Pointe-Noire, Republic of Congo.

17

Chimpanzee Sanctuary and Wildlife Conservation Trust (CSWCT), Entebbe, Uganda.



18

Zoo Leipzig, D-04105 Leipzig, Germany.

19

Department of



Genetics, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts 02115, USA.

20

Division of Biological Sciences, University of Montana, Missoula, Montana 59812, USA.



21

International Center for Insect Physiology

and Ecology, 00100 Nairobi, Kenya.

22

Department of Bioscience, Aarhus University, DK-8000 Aarhus C, Denmark. {Present address: Department of Computer Engineering, Bilkent University, Ankara



06800, Turkey.

2 8 J U N E 2 0 1 2 | V O L 4 8 6 | N A T U R E | 5 2 7



Macmillan Publishers Limited. All rights reserved

©2012



DDX28). However, bonobos and chimpanzees share the majority of

segmental duplications, and they carry approximately similar numbers

of bases in lineage-specific duplications (Fig. 2a).

As in other mammals, transposons, that is, mobile genetic elements,

make up approximately half of the bonobo genome (Supplementary

Information, section 6). In agreement with previous results

6

, we find



that Alu insertions accumulated about twice as fast on the human

lineage as on the bonobo and chimpanzee lineages (Fig. 2b). We

identified two previously unreported Alu subfamilies in bonobos

and chimpanzees, designated AluYp1, which is present in 5 copies in

the human genome and in 54 and 114 copies in the bonobo and

chimpanzee genomes, respectively, and AluYp2, which is absent from

humans and present in 24 and 37 copies, respectively, in the two apes.

We found that, as in mice

8

, African-ape-specific L1 insertions are



enriched near genes involved in neuronal activities or cell adhesion

and are depleted near genes encoding transcription factors or involved

in nucleic-acid metabolism (Supplementary Information, section 6).

In humans, L1 retrotransposition has been shown to occur preferen-

tially in neuronal precursor cells and has been speculated to contribute

to functional diversity in the brain

9

. The tendency of new L1 integrants



to accumulate near neuronal genes on evolutionary timescales may

mimic the somatic variation found in the brain.

To investigate whether bonobos and chimpanzees exchanged genes

subsequent to their separation, we used a test (the D statistic

10

) to


investigate the extent to which the bonobo genomes might be closer

to some chimpanzees than to others (Supplementary Information,

section 10). To this end, we generated Illumina shotgun sequences

from two western, seven eastern, and seven central chimpanzees

(Fig. 1a) and from three bonobos (Supplementary Information,

section 5). We then used alignments of sets of four genomes, each

consisting of two chimpanzees, the bonobo and the human, and tested

for an excess of shared derived alleles between bonobo and one

chimpanzee as compared with the other chimpanzee. We observe no

significant difference between the numbers of shared derived alleles

(Fig. 1b). There is thus no indication of preferential gene flow between

bonobos and any of the chimpanzee groups tested. Such a complete

separation contrasts with reports of hybridization between many other

primates


11

. It is, however, consistent with the suggestion that the

formation of the Congo River 1.5–2.5 million years ago created a

barrier to gene flow that allowed bonobos and chimpanzees to evolve

different phenotypes over a relatively short time.

Because the population split between bonobo and chimpanzee

occurred relatively close in time to the split between the bonobo–

chimpanzee ancestor (Pan ancestor) and humans, not all genomic

regions are expected to show the pattern in which DNA sequences

from bonobos and chimpanzees are more closely related to each other

than to humans. Previous work using very low-coverage sequencing of

ape genomes has suggested that less than 1% of the human genome

may be more closely related to one of the two apes than the ape

genomes are to one another

12

. To investigate the extent to which such



so-called incomplete lineage sorting (ILS) exists between the three

species, we used the bonobo genome and a coalescent hidden

Markov model (HMM) approach

13

to analyse non-repetitive parts of



the bonobo, chimpanzee

6

, human



14

and orang-utan

15

genomes. This



showed that 1.6% of the human genome is more closely related to the

Table 1


|

Bonobo genome assembly characteristics and genomic

features compared with the chimpanzee genome (panTro2)

Bonobo


Chimpanzee

Bases in contigs

2.7 Gb

3.0 Gb


N50 contigs

67 kb


29 kb

N50 scaffolds

9.6 Mb

9.7 Mb


Human bases covered by alignments

2.74 Gb


2.72 Gb

Lineage-specific substitutions

5.71 million

5.67 million

Indel error rate

0.14 errors kb

2

1

0.13 errors kb



2

1

Segmental duplication content (.20 kb)



77.2 Mb

76.5 Mb


Lineage-specific retrotransposon integrants 1,445

1,039


See also Supplementary Information, sections 2–4 and 6. kb, kilobase; Mb, megabase; Gb, gigabase.

H

B



C BC HBC

0

50



100

150


200

Alu


L1

SVA


Inserts per million years

a

b



Human

14.6 Mb


Bonobo

0.7 Mb


Chimpanzee

0.8 Mb


BH

0.5 Mb


CH

0.8 Mb


BC

17.2 Mb


Shared

68.2 Mb


Figure 2

|

Segmental duplications and transposon accumulation. a



, Venn

diagram showing segmental duplications in the human (H), chimpanzee (C)

and bonobo (B) genomes. Each number of megabases refers to the total amount

of sequence that occurs in segmental duplications (Supplementary

Information, section 4). b, Accumulation of different retrotransposon classes

on each lineage.

–30 –20 –10 0

10 20 30


Z-score

Allele sharing

with

Allele sharing



with

Eastern chimpanzees

Central chimpanzees

Western chimpanzees

Bonobos

Nigerian–Cameroonian chimpanzees



Con

go R.


U

b

a



n

g

i R



.

a

b



Central chimpanzees

Eastern chimpanzees

Central C.

Western C.

Western C.

Eastern C.

Figure 1

|

Geographical distribution and test for admixture between



chimpanzees and bonobos. a

, Geographical distribution of bonobos and

chimpanzees. b, D statistics for the admixture test between bonobos and three

chimpanzee groups. Each pairwise comparison between one bonobo and two

chimpanzee groups is depicted as one panel. Each point in a panel represents

one bonobo individual compared with two chimpanzee individuals from

different groups. Admixture between bonobo and chimpanzee is indicated by a

Z-score greater than 4.4 or less than 24.4.

RESEARCH

LETTER


5 2 8 | N A T U R E | V O L 4 8 6 | 2 8 J U N E 2 0 1 2

Macmillan Publishers Limited. All rights reserved

©2012



bonobo genome than to the chimpanzee genome, and that 1.7% of

the human genome is more closely related to the chimpanzee than to

the bonobo genome (Fig. 3a).

To test this result independently, we analysed transposon integra-

tions, which occur so rarely in ape and human genomes that the

chance of two independent insertions of the same type of transposon

at the same position and in the same orientation in different species is

exceedingly low. We identified 991 integrations of transposons absent

from the orang-utan genome but present in two of the three species

bonobo, chimpanzee and human. Of these, 27 are shared between the

bonobo and human genomes but are absent from the chimpanzee

genome, and 30 are shared between the chimpanzee and human

genomes but are absent from the bonobo genome, suggesting that

approximately 6% (95% confidence interval, 4.1–7.0%) of the genome

is affected by ILS among the three species. The HMM estimation of ILS

is further supported by the fact that the HMM tree topology assign-

ments tend to match the ILS status of the neighbouring transposons

(P 5 7.2 3 10

2

6

and 0.025 for bonobo–human and chimpanzee–



human ILS, respectively; Fig. 3c and Supplementary Information,

section 6). We conclude that more than 3% of the human genome is

more closely related to either bonobos or chimpanzees than these are

to each other.

Such regions of ILS may influence phenotypic similarities that

humans share with one of the apes but not the other. In fact, about

25% of all genes contain regions of ILS (Supplementary Information,

section 8), and genes encoding membrane proteins and proteins

involved in cell adhesion have a higher fraction of bases assigned to

ILS than do other genes. Amino-acid substitutions that are fixed in the

apes and show ILS may be particularly informative about phenotypic

differences. We identified 18 such amino-acid substitutions shared

between humans and bonobos and 18 shared between chimpanzees

and humans (Supplementary Information, section 12). These are

candidates for further study. An interesting example is the gene

encoding the trace amine associated receptor 8 (TAAR8), a member

of a family of G-coupled protein receptors that in the mouse detect

volatile amines in urine that may provide social cues

16

. Although this



gene seems to be pseudogenized independently on multiple ape lineages,

humans and bonobos share a single amino-acid change in the first

extracellular domain and carry the longest open reading frames (of

342 and 256 amino acids, respectively; open reading frames in all other

apes, ,180 amino acids) (SI 12). Further work is needed to clarify if

TAAR8 is functional in humans and apes.

The ILS among bonobos, chimpanzees and humans opens the

possibility of gauging the genetic diversity and, hence, the population

history of the Pan ancestor. We used the HMM to estimate the effective

population size of the Pan ancestor to 27,000 individuals (Fig. 3b),

which is almost three times larger than that of present-day bonobos

(Supplementary Information, section 9) and humans

17

but is similar to



that of central chimpanzees

5,18,19


. We also estimated a population split

time between bonobos and chimpanzees of one million years, which is

in agreement with most previous estimates

18,19


.

Differences in female and male population history, for example,

with respect to reproductive success and migration rates, are of special

interest in understanding the evolution of social structure. To

approach this question in the Pan ancestor, we compared the inferred

ancestral population sizes of the X chromosome and the autosomes.

Because two-thirds of X chromosomes are found in females whereas

autosomes are split equally between the two sexes, a ratio between their

effective population sizes (X/A ratio) of 0.75 is expected under random

mating. The X/A ratio in the Pan ancestor, corrected for the higher

mutation rate in males, is 0.83 (0.75–0.91) (Fig. 4 and Supplementary

Information, section 8). Similarly, we estimated an X/A ratio of 0.85

(0.79–0.93) for present-day bonobos using Ulindi single nucleotide

polymorphisms in 200-kb windows (Supplementary Information,

section 9). Under the assumption of random mating, this would mean

that on average two females reproduce for each reproducing male. The

B

C

H



95%

B

C



H

1.8%


B

C

H



1.6%

B

C



H

1.7%


a

b

c



e

d

45,000



27,000

12,000


B

C

H



1 Myr ago

4.5 Myr ago

BC

BH

CH



Transposon class

ILS class

0.0

0.2


0.4

0.6


0.8

1.0 583


6 2

5

4



0

13

0



2

BC

BH



CH

0

1



2

3

4



0.030

0.040


Recombination rate (cM Mb

–1

)



Proportion of ILS

Proportion of ILS

Frequency

0.005 0.025 0.045 0.065 0.085 >

0.1

0.1


0.2

0.3


0.4

Exons


Introns

Genome wide

Figure 3

|

Incomplete lineage sorting. a



, Schematic description of ILS states

and percentage of bases assigned to each state. b, Effective population sizes and

split times inferred from ILS and based on a molecular clock with a mutation

rate of 10

2

9

yr



2

1

. Myr, million years. We note that other estimates of mutation



rates will correspondingly affect the estimates of the split times. c, Overlap

between predicted ILS transposons and the closest HMM ILS assignments

within 100 bp of a transposon insertion. d, Proportion of ILS in exons, introns

and across the whole genome, counted within ,1-Mb segments of alignment

(Supplementary Information, section 8). e, Proportion of ILS dependent on

recombination rates. Errors, 95% confidence interval.

X/A ratio

0.6


0.7

0.8


0.9

1.0


1.1

European


African

Pan ancestor

Bonobo

Figure 4


|

X/A ratios.

The X/A ratios for Ulindi (bonobo), an African human

and a European human were inferred from heterozygosity, and that for the Pan

ancestor was inferred from ILS. The low X/A ratio for the European has been

suggested to be due to demographic effects connected to migrating out of

Africa

30

. Errors, 95% confidence interval (Supplementary Information, sections



8 and 9).

LETTER


RESEARCH

2 8 J U N E 2 0 1 2 | V O L 4 8 6 | N A T U R E | 5 2 9



Macmillan Publishers Limited. All rights reserved

©2012



difference in the variance of reproductive success between the sexes

certainly contributes to this observation, as does the fact that whereas

bonobo females often move to new groups upon maturation, males

tend to stay within their natal group

20

. Because both current and



ancestral X/A ratios are similar to each other and also to some human

groups (Fig. 4), this suggests that they may also have been typical for

the ancestor shared with humans.

Because factors that reduce the effective population size, in particular

positive and negative selection, will decrease the extent of ILS, the

distribution of ILS across the genome allows regions affected by selec-

tion in the Pan ancestor to be identified. In agreement with this, we find

that exons show less ILS than introns (Fig. 3d and Supplementary

Information, section 8). We also find that recombination rates are

positively correlated with ILS (Fig. 3e), probably because recombina-

tion uncouples regions from neighbouring selective events. Unlike

positive and negative selection, balancing selection is expected to

increase ILS. In agreement with this, we find that ILS is most frequent

in the major histocompatibility complex (MHC), which encodes cell-

surface proteins that present antigens to immune cells (Supplementary

Information, section 10) and is known to contain genes that evolve

under balancing selection

21

.



To identify regions affected by selective sweeps in the Pan ancestor,

we isolated long genomic regions devoid of ILS. The largest such region

is 6.1 Mb long and is located on human chromosome 3. This region

contains a cluster of tumour suppressor genes

22

, has an estimated



recombination rate of 10% of the human genome average

23

and has



been found to evolve under strong purifying selection in humans

24

. The



diversity in the region, corrected for mutation rate, is lower than in

neighbouring regions in chimpanzee but not in bonobos (Fig. 5a), and

parts of the region show signatures of positive selection in humans

10,25,26


.

Apparently this region evolves in unique ways that may involve both

strong background selection and several independent events of positive

selection among apes and humans.

The fact that the chimpanzee diversity encompasses bonobos for

most regions of the genome can be exploited to identify regions that

have been positively selected in chimpanzees after their separation

from bonobos, because in such regions bonobos will fall outside the

chimpanzee variation. We implemented a search for such regions,

which is similar to a test previously applied to humans to detect selective

sweeps since their split from Neanderthals

10

(Homo neanderthalensis),



in an HMM that uses coalescent simulations for parameter training, the

chimpanzee resequencing data and the megabase-wide average of the

human recombination rates (Supplementary Information, section 7).

Because the size of a region affected by a selective sweep will be larger the

faster fixation was reached, the intensity of selection will correlate posi-

tively with genetic length. We therefore ranked the regions according to

genetic length and further corrected for the effect of background selec-

tion


24

. The highest-ranking region contains an miRNA, miR-4465, that

has not yet been functionally characterized. Four of the ten highest-

ranking regions contain no protein- or RNA-coding genes, and may

thus contain structural or regulatory features that have been subject to

selection. Notably, four of these ten regions are on chromosome 6, and

two of these four are within 2 Mb of the MHC (Fig. 5b). This suggests

that the MHC and surrounding genomic regions have been a major

target of positive selection in chimpanzees, presumably as a result of

infectious diseases. Indeed, chimpanzees have experienced a selective

sweep that targeted MHC class-I genes and reduced allelic diversity

across a wide region surrounding the MHC

27

, perhaps caused by the



HIV-1/SIV

CPZ


retrovirus

27,28


.

The bonobo genome shows that more than 3% of the human genome

is more closely related to either bonobos or chimpanzees than these are

to each other. This can be used to illuminate the population history and

selective events that affected the ancestor of bonobos and chimpanzees.

In addition, about 25% of human genes contain parts that are more

closely related to one of the two apes than the other. Such regions can

now be identified and will hopefully contribute to the unravelling of the

genetic background of phenotypic similarities among humans, bonobos

and chimpanzees.

METHODS SUMMARY

We generated a total of 86 Gb of DNA sequence from Ulindi, a female bonobo who

lives in Leipzig Zoo (Supplementary Information, section 1). All sequencing was

done on the 454 sequencing platform and included 10 Gb of paired-end reads from

clones of insert sizes of 3, 9 and 20 kb. The genome was assembled using the open-

source Celera Assembler software

29

(Supplementary Information, section 2). In



addition, we sequenced 19 bonobo and chimpanzee individuals on the Illumina

GAIIx platform to about one-fold genomic coverage per individual (Supplemen-

tary Information, section 5). Supplementary Information provides a full descrip-

tion of our methods.

Received 8 December 2011; accepted 5 April 2012.

Published online 13 June 2012.

1.

Boesch, C., Hohmann, G. & Marchant, L. Behavioural Diversity in Chimpanzees and



Bonobos (Cambridge Univ. Press, 2002).

2.

de Waal, F. & Lanting, F. Bonobo: the Forgotten Ape (Univ. California Press, 1997).



3.

Hare, B., Wobber, V. & Wrangham, R. The self-domestication hypothesis: evolution

of bonobo psychology is due to selection against aggression. Anim. Behav.

83,


573–585 (2012).

4.

Kano, T. The Last Ape: Pygmy Chimpanzee Behavior and Ecology (Stanford Univ.



Press, 1992).

5.

Fischer, A. et al. Bonobos fall within the genomic variation of chimpanzees. PLoS



ONE

6, e21605 (2011).

6.

The. Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium. Initial sequence of the



chimpanzee genome and comparison with the human genome. Nature

437,


69–87 (2005).

7.

Alkan, C., Sajjadian, S. & Eichler, E. E. Limitations of next-generation genome



sequence assembly. Nature Methods

8, 61–65 (2011).

8.

Akagi, K., Li, J., Stephens, R. M., Volfovsky, N. & Symer, D. E. Extensive variation



between inbred mouse strains due to endogenous L1 retrotransposition. Genome

Res.


18, 869–880 (2008).

9.

Baillie, J. K. et al. Somatic retrotransposition alters the genetic landscape of the



human brain. Nature

479, 534–537 (2011).

10. Green, R. E. et al. A draft sequence of the Neandertal genome. Science

328,


710–722 (2010).

11. Arnold, M. L. & Meyer, A. Natural hybridization in primates: one evolutionary

mechanism. Zoology

109, 261–276 (2006).

4.0 

× 10


7

4.5 


× 10

7

5.0 



× 10

7

5.5 



× 10

7

6.0 



× 10

7

0.00



0.01

0.02


0.03

0.04


0.05

0.06


Chromosome 3

Chimpanzee

Bonobo

a

b



ILS-void region

Diversity

0.2

0.4


0.6

0.8


1.0

0.0


25,000,000

26,000,000

27,000,000

28,000,000

Chromosome 6

Bonobo external

Figure 5

|

Selection in the bonobo–chimpanzee common ancestor and



chimpanzees. a

, Diversity in chimpanzee and bonobo around the region on

chromosome 3 devoid of ILS. b, Regions where bonobos fall outside the

variation of chimpanzee upstream of the MHC. The MHC region is not plotted

because the SNP density is sparse there as a result of duplications. Five regions

among the 50 longest regions are shown in yellow. Red points show posterior

probabilities .0.8.

RESEARCH


LETTER

5 3 0 | N A T U R E | V O L 4 8 6 | 2 8 J U N E 2 0 1 2



Macmillan Publishers Limited. All rights reserved

©2012



12. Caswell, J. L. et al. Analysis of chimpanzee history based on genome sequence

alignments. PLoS Genet.

4, e1000057 (2008).

13. Hobolth, A., Christensen, O. F., Mailund, T. & Schierup, M. H. Genomic relationships

and speciation times of human, chimpanzee, and gorilla inferred from a

coalescent hidden Markov model. PLoS Genet.

3, e7 (2007).

14. Lander, E. S. et al. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature

409, 860–921 (2001).

15. Locke, D. P. et al. Comparative and demographic analysis of orang-utan genomes.

Nature

469, 529–533 (2011).



16. Liberles, S. D. & Buck, L. B. A second class of chemosensory receptors in the

olfactory epithelium. Nature

442, 645–650 (2006).

17. Takahata, N. Allelic genealogy and human evolution. Mol. Biol. Evol.

10, 2–22 (1993).

18. Hey, J. The divergence of chimpanzee species and subspecies as revealed in

multipopulation isolation-with-migration analyses. Mol. Biol. Evol.

27, 921–933

(2010).

19. Wegmann, D. & Excoffier, L. Bayesian inference of the demographic history of



chimpanzees. Mol. Biol. Evol.

27, 1425–1435 (2010).

20. Eriksson, J. et al. Y-chromosome analysis confirms highly sex-biased dispersal and

suggests a low male effective population size in bonobos (Pan paniscus). Mol. Ecol.

15, 939–949 (2006).

21. Gyllensten, U. B. & Erlich, H. A. Ancient roots for polymorphism at the HLA-DQ

alpha locus in primates. Proc. Natl Acad. Sci. USA

86, 9986–9990 (1989).

22. Hesson, L. B., Cooper, W. N. & Latif, F. Evaluation of the 3p21.3 tumour-suppressor

gene cluster. Oncogene

26, 7283–7301 (2007).

23. Kong, A. et al. Fine-scale recombination rate differences between sexes,

populations and individuals. Nature

467, 1099–1103 (2010).

24. McVicker, G., Gordon, D., Davis, C. & Green, P. Widespread genomic signatures of

natural selection in hominid evolution. PLoS Genet.

5, e1000471 (2009).

25. Voight, B. F., Kudaravalli, S., Wen, X. & Pritchard, J. K. A map of recent positive

selection in the human genome. PLoS Biol.

4, e72 (2006).

26. Wang, E. T., Kodama, G., Baldi, P. & Moyzis, R. K. Global landscape of recent inferred

Darwinian selection for Homo sapiens. Proc. Natl Acad. Sci. USA

103, 135–140

(2006).


27. de Groot, N. G. et al. AIDS-protective HLA-B*27/B*57 and chimpanzee MHC class I

molecules target analogous conserved areas of HIV-1/SIVcpz. Proc. Natl Acad. Sci.

USA

107, 15175–15180 (2010).



28. Yohn, C. T. et al. Lineage-specific expansions of retroviral insertions within the

genomes of African great apes but not humans and orangutans. PLoS Biol.

3, e110

(2005).


29. Miller, J. R. et al. Aggressive assembly of pyrosequencing reads with mates.

Bioinformatics

24, 2818–2824 (2008).

30. Gottipati, S., Arbiza, L., Siepel, A., Clark, A. G. & Keinan, A. Analyses of X-linked and

autosomal genetic variation in population-scale whole genome sequencing.

Nature Genet.

43, 741–743 (2011).

Supplementary Information is linked to the online version of the paper at

www.nature.com/nature.

Acknowledgements The sequencing effort was made possible by the ERC (grant

233297, TWOPAN) and the Max Planck Society. We thank D. Reich and L. Vigilant for

comments; the 454 Sequencing Center, the MPI-EVA sequencing group, M. Kircher,

M. Rampp and M. Halbwax for technical support; the staff of Zoo Leipzig (Germany), the

Ngamba Island Chimpanzee Sanctuary (Entebbe, Uganda), the Tchimpounga

Chimpanzee Rehabilitation Center (Pointe-Noire, Republic of Congo) and the Lola ya

Bonobo bonobo sanctuary (Kinshasa, Democratic Republic of Congo) for providing

samples; and A. Navarro, E. Gazave and C. Baker for performing the ArrayCGH

hybridizations. The ape distribution layers for Fig. 1a were provided by UNEP-WCMC

and IUCN.2008 (IUCN Red List of Threatened Species, Version 2011.2, http://

www.iucnredlist.org). The National Institutes of Health provided funding for J.R.M., B.W.,

S.K., G.S. (2R01GM077117-04A1), J.C.M. (Intramural Research Program of the

National Human Genome Research Institute) and E.E.E. (HG002385). E.E.E is an

Investigator of the Howard Hughes Medical Institute. T.M.-B. was supported by a

Ramo´n y Cajal grant (MICINN-RYC 2010) and an ERC Starting Grant (StG_20091118);

D.E.S., K.A. and S.H. were supported by the Ohio State University Comprehensive

Cancer Center, the Ohio Supercomputer Center (#PAS0425) and the Ohio Cancer

Research Associates (GRT00024299); and G.L. was supported by a Wellcome Trust

grant (090532/Z/09/Z). The US National Science Foundation provided an

International Postdoctoral Fellowship (OISE-0754461) to J.M.G. The Danish Council for

Independent Research

j Natural Sciences (grant no. 09-062535) provided funding for

K.M. and M.H.S.

Author Contributions K.P., K.M., I.H., K.A., J.R.M., B.W., S.K., G.S., C.K., R.W., J.R.K., J.C.M.,

S.J.M, C.P.P., G.L., S.H., A.H., J.D., E.K., C. Alkan, S.S., C.R.C., M.V., T.M.-B., E.E.E., N.P., M.S.,

J.M.G., A.F., S.E.P., M.L., D.E.S., T.M., M.H.S., A.M.A., J.K. and S.P. analysed genetic data. C.

Andre´, R.A., L.M. and J.J. provided samples. K.P., J.K. and S.P. wrote the manuscript.

Author Information The bonobo genome assembly has been deposited with the

International Nucleotide Sequence Database Collaboration (DDBJ/EMBL/GenBank)

under the EMBL accession number AJFE01000000. 454 shotgun data of Ulindi have

been made available through the NCBI Sequence Read Archive under study ID

ERP000601; Illumina sequences of 19 chimpanzee and bonobo individuals are

available under study ID ERP000602. Reprints and permissions information is

available at www.nature.com/reprints. This paper is distributed under the terms of the

Creative Commons Attribution-Non-Commercial-Share Alike licence, and is freely

available to all readers at www.nature.com/nature. The authors declare competing

financial interests: details accompany the full-text HTML version of the paper at

www.nature.com/nature. Readers are welcome to comment on the online version of

this article at www.nature.com/nature. Correspondence and requests for materials

should be addressed to K.P. (pruefer@eva.mpg.de) or S.P. (paabo@eva.mpg.de).

LETTER


RESEARCH

2 8 J U N E 2 0 1 2 | V O L 4 8 6 | N A T U R E | 5 3 1



Macmillan Publishers Limited. All rights reserved

©2012

Document Outline

  • Title
  • Authors
  • Abstract
  • Methods Summary
  • References
  • Figure 1 Geographical distribution and test for admixture between chimpanzees and bonobos.
  • Figure 2 Segmental duplications and transposon accumulation.
  • Figure 3 Incomplete lineage sorting.
  • Figure 4 X/A ratios.
  • Figure 5 Selection in the bonobo-chimpanzee common ancestor and chimpanzees.
  • Table 1 Bonobo genome assembly characteristics and genomic features compared with the chimpanzee genome (panTro2)


Yüklə 144,49 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2023
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə