人間のアミラーゼ構造ハプロタイプに関するグローバルな多様性、再発進化、および最近の選択

農業の採用は、最初に肥沃な三日月で〜12、000年前に記録され、人間の集団の澱粉が豊富な食事への急速なシフトを引き起こしました。アミラーゼ遺伝子はデンプン消化を促進し、唾液アミラーゼのコピー数の増加が、澱粉摂取量が高い現代のヒト集団で観察されていますが、最近の選択の証拠は不足しています。ここでは、〜5,600の現代および古代人の52の長い読み取り二倍体アセンブリと短い読み取りデータを使用して、アミラーゼ遺伝子座での構造変動の多様性、進化の歴史、および選択的影響を解決します。唾液と膵臓のアミラーゼ遺伝子の両方が、漁業、狩猟、牧歌的なグループと比較して、農業の自給自足の集団でより高いコピー数を持っていることがわかります。28の異なるアミラーゼ構造アーキテクチャを特定し、最近の人類の歴史を通じて同一の構造が独立して複数回発生したことを示しています。数千人の人間にわたって構造ハプロタイプを推測するためにパンゲノムグラフベースのアプローチを使用して、現代の農業集団のより高い頻度で存在する広範囲に重複したハプロタイプを特定します。534の古代のヒトゲノムを活用すると、重複を含むハプロタイプが過去12、000年間で7倍以上増加しており、ラクターゼの大きさに匹敵するこの軌跡でのユーラシア人の最近の選択の証拠を提供します。一緒に、私たちの研究では、農業革命が人間のゲノムに与える強い影響と、構造的に複雑な遺伝子座での選択の署名を特定する際の長い読み取りシーケンスの重要性を強調しています。

The adoption of agriculture, first documented ~12,000 years ago in the Fertile Crescent, triggered a rapid shift toward starch-rich diets in human populations. Amylase genes facilitate starch digestion and increased salivary amylase copy number has been observed in some modern human populations with high starch intake, though evidence of recent selection is lacking. Here, using 52 long-read diploid assemblies and short read data from ~5,600 contemporary and ancient humans, we resolve the diversity, evolutionary history, and selective impact of structural variation at the amylase locus. We find that both salivary and pancreatic amylase genes have higher copy numbers in populations with agricultural subsistence compared to fishing, hunting, and pastoral groups. We identify 28 distinct amylase structural architectures and demonstrate that identical structures have arisen independently multiple times throughout recent human history. Using a pangenome graph-based approach to infer structural haplotypes across thousands of humans, we identify extensively duplicated haplotypes present at higher frequencies in modern agricultural populations. Leveraging 534 ancient human genomes we find that duplication-containing haplotypes have increased in frequency more than seven-fold over the last 12,000 years providing evidence for recent selection in Eurasians at this locus comparable in magnitude to that at lactase. Together, our study highlights the strong impact of the agricultural revolution on human genomes and the importance of long-read sequencing in identifying signatures of selection at structurally complex loci.