Recent origin of a hominoid-specific splice form of neuropsin, a gene involved in learning and memory

Neuropsin is a secreted-type serine protease involved in learning and memory. The type II splice form of neuropsin is abundantly expressed in the human brain but not in the mouse brain. We sequenced the type II-spliced region of neuropsin gene in humans and representative nonhuman primate species. Our comparative sequence analysis showed that only the hominoid species (humans and apes) have the intact open reading frame of the type II splice form, indicating that the type II neuropsin originated recently in the primate lineage about 18 MYA. Expression analysis using RT-PCR detected abundant expression of the type II form in the frontal lobe of the adult human brain, but no expression was detected in the brains of lesser apes and Old World monkeys, indicating that the type II form of neuropsin only became functional in recent time, and it might contribute to the progressive change of cognitive abilities during primate evolution.

Origin and evolution of ubiquitin-conjugating enzymes from Guillardia theta nucleomorph to hominoid

The origin of eukaryotic ubiquitin-conjugating enzymes (E2s) can be traced back to the Guillardia theta nucleomorph about 2500 million years ago (Mya). E2s are largely vertically inherited over eukaryotic evolution [Lespinet, O., Wolf, Y.I., Koonin, E.V.,

Breakpoint analysis of human chromosome 3 inversions during hominoid evolution

Comparative fluorescence in situ hybridization (FISH) mapping revealed four large DNA segments which have been conserved in their entirety between human chromosome 3 and Bornean orangutan chromosome 2 as well as three evolutionary breakpoints which distinguish between the human and Bornean orangutan chromosome forms. Examination of the structural and functional features of evolutionary breakpoints provides new insights into the possible effects of evolutionary rearrangements on genome function and the relationship between human chromosome pathology and evolution. FISH of human BAC clones which were assesssed in human genomic sequence to primate chromosomes, combined with precise breakpoint localizations by polymerase chain reaction (PCR) analysis of flow-sorted chromosomes and in silico analysis, were used to characterize the evolutionary breakpoints. None of the three breakpoints studied disrupts a validated gene(s), however they are all associated with segmental duplications. At least eleven DNA segments (&a

THEORETICAL STUDIES ON THE METHODS OF RECONSTRUCTING PHYLOGENETIC TREES FROM DNA SEQUENCE DATA (MOLECULAR EVOLUTION, HOMINOID EVOLUTION, COMPUTER SIMULATION)

(1) A mathematical theory for computing the probabilities of various nucleotide configurations is developed, and the probability of obtaining the correct phylogenetic tree (model tree) from sequence data is evaluated for six phylogenetic tree-making methods (UPGMA, distance Wagner method, transformed distance method, Fitch-Margoliash's method, maximum parsimony method, and compatibility method). The number of nucleotides (m*) necessary to obtain the correct tree with a probability of 95% is estimated with special reference to the human, chimpanzee, and gorilla divergence. m* is at least 4,200, but the availability of outgroup species greatly reduces m* for all methods except UPGMA. m* increases if transitions occur more frequently than transversions as in the case of mitochondrial DNA. (2) A new tree-making method called the neighbor-joining method is proposed. This method is applicable either for distance data or character state data. Computer simulation has shown that the neighbor-joining method is generally better than UPGMA, Farris' method, Li's method, and modified Farris method on recovering the true topology when distance data are used. A related method, the simultaneous partitioning method, is also discussed. (3) The maximum likelihood (ML) method for phylogeny reconstruction under the assumption of both constant and varying evolutionary rates is studied, and a new algorithm for obtaining the ML tree is presented. This method gives a tree similar to that obtained by UPGMA when constant evolutionary rate is assumed, whereas it gives a tree similar to that obtained by the maximum parsimony tree and the neighbor-joining method when varying evolutionary rate is assumed. ^

灵长类大脑表达若干基因的分子进化研究

一百多年前，Huxley和Darwin提出人和非洲大猿的亲缘关系最近。虽然精确的成种时间还不能确定，不过目前已被广泛接受的是：人与黑猩猩的分歧时间是．5-6百万年前。相对几十亿年的生命进化历史而言，5-6百万年可以说是短暂的，但在系统发育树上的人猿超科（Hominoid）这支却由于大脑容量急剧扩张，复杂性迅速提高，导致他们的行为更加丰富，有了语言，工具和学习的本领，从而在生物界占据了统治地位。究竟是什么让我们在遗传水平上区别于其他灵长类，特别是我们的近亲－－一大猿？这个生物学问题不仅和人类的生命，道德，哲学观密不可分，而且也是困挠人类多年并仍是遗传学家和进化学家关心的问题。通过比较人和近缘物种黑猩猩的基因组序列，我们发现他们之间存在很强的序列相似性，达到近99％（在编码区）。因此我们推测，灵长类之间的功能差异尤其是认知功能的差异可能来自两个方面：1）脑部发育控制基因的序列差异；2）基因的差异表达，特别是脑部的基因。遗传差异存在于不同水平，如细胞结构总体改变、局部染色体重排、基因家族重复、单基因修饰（包括新基因的产生）、差异表达基因和RNA可变剪接等。人类基因有超过55％都存在可变剪接，它是蛋白质多样性的重要来源。相比较其他组织、器官而言，脑部拥有可变剪接形式的基因的数量是最多的。因此，我们利用高灵敏的PolonyexonProfiling技术寻找人和非人灵长类间可变剪接的差异，试图发现人特异的剪接异构体，了解可变剪接对人的认知功能的影响。另一方面，我们试图通过比较人和非人灵长类基因序列的差异，找到那些在人起源过程中受到强烈正选择的基因。我们从约51个有明显正选择迹象的基因中选取一个基因－－－一CXCRI，测定了全世界范围内的人群以及非人灵长类中的代表物种，结果显示CXCRI的配体受体结合位点处的序列在人这一支受到了强烈的适应选择作用，这一适应很有可能和人类起源过程中免疫系统的适应有关。

元谋地区晚新生代河湖相沉积物磁性地层学及古环境研究

Yuanmou area lies on the southeastern edge of the Tibetan Plateau, the middlesegment of Yunnan-Sichuan North-South Extending Tectonic Belt and the upper reaches of the Yangztze River, which is renowned for its thick late Cenozoic fluvial-lacustrine sequences that yield rich mammalian fossils including hominoid and early human. The sediments provides great potentials for understanding the relationships between uplift of the Tibetan Plateau, evolution of hominoids and other mammalian and evolution and formation of basins in Southwest China since late Miocene. However, lithostratigrphic and chronologic views on them are controversial and hinder further discussion of the relationships of them. To this end, we selected the Baozidongqing section and the Dapoqing section to carry out systematic lithostratigraphic, magnetostratlgraphic and environmental magnetism researches in this area.The Baozidongqing section was dated to about 10.95-7.17 Ma. The age estimation of the topmost hominoid-bearing layer was about 7.43-7.17 Ma. Rock magnetic results show that the dominant magnetic carrier is hematite, with minor amount of magnetite. Both the composition and concentration of magnetic minerals strongly correlate with the lithostratigraphy, indicating that Yuanmou basin is characterized by alternating of long-term torrid-humid climate and short-term dry-hot climate. But the pattern of these short-term hot-dry events, including both the lasting time and the frequency of their occurrence dramatically changed since -8.1 Ma. Our results infer that the drying process of the Asian west interior and a significant uplift of the Tibetan Plateau would have probably caused jointly the extinction of hominoids, or the emigration of hominoids from Yuanmou to adjacent relatively torrid-humid areas.The strata between the upper of the Dapoqing section, the Niujianbao Hill and Shangnabang area can be linked by three mark layers of conglomerate, which is rather continuous and coherent than physical disturbance by new tectonic activities. Rock magnetic studies indicate that hematite is the main magnetic carriers. The section is dated back to about 2.8-1.37 Ma. Its paleocurrent flowed northeastward, which was a close and stagnant river and swamp environment about 2.2 Ma ago. Then it ran northwestward and turned into an open overflown and braid river sedimentary face during 2.2 to 1.57 Ma. Since 1.57 Ma, the paleocurrent flowed intensely northwestern and about 1.37 Ma ago, it ended the basically continuous fluvial-lacustrine deposition.

Influence de la locomotion sur la morphologie de l’articulation distale de l’humérus chez les hominoïdes

La masse corporelle et la direction des charges sont des facteurs qui peuvent modifier la morphologie des surfaces articulaires qui sont généralement orientées et de taille suffisante pour résister aux charges chroniques. Chez les hominoïdes, les forces de tension et compression, générées par la locomotion, sont transmises à travers l’articulation du coude. Ces espèces ont une morphologie similaire de l’extrémité distale de l’humérus, mais qui présente certaines différences selon la taille des individus et leurs modes de locomotion. Ce projet tente de caractériser plus exhaustivement cette variation en analysant la largeur des surfaces articulaires ainsi que leur position et orientation par rapport à l’axe long de la diaphyse. La prémisse de ce mémoire est que, chez les espèces plus arboricoles, la morphologie de l’articulation distale de l’humérus répond aux stress transverses générés par les puissants muscles fléchisseurs du poignet et des doigts qui traversent le coude obliquement. En revanche, les espèces plus terrestres présentent une morphologie permettant de résister aux forces axiales provenant du contact avec le sol. Des coordonnées tridimensionnelles et des mesures linéaires ont été recueillies sur un échantillon squelettique d’individus des genres Homo, Pan, Gorilla et Pongo. Les résultats obtenus révèlent que l’orientation et la position des surfaces articulaires de la trochlée correspondent aux types de locomotion, or leur taille et celle et du capitulum semblent être influencées par la taille des individus. L’hypothèse suggérant que les stress reliés aux divers modes de locomotion des hominoïdes influencent la morphologie de l’articulation distale de l’humérus est donc supportée.

Le développement des proportions métaphysaires chez les hominoïdes : croissance et influence de la locomotion

Dans le cadre de ce mémoire, les relations entre morphologie, locomotion et croissance chez les hominoïdes sont analysées sous l'angle des proportions métaphysaires et de leur acquisition. Plusieurs niveaux d'analyse — intermembre, supérieur et inférieur — sont abordés dans une perspective ontogénique. La masse corporelle et la direction des charges influencent la morphologie des surfaces articulaires et métaphysaires mais aussi leur développement. Les charges étant dépendantes du mode locomoteur et celui-ci se modifiant en fonction de l'âge, on tente de voir à quel(s) moment(s) les changements proportionnels ont lieu et pourquoi ils apparaissent. Des mesures linéaires ont été recueillies sur l'humérus, le radius, le fémur et le tibia sur un échantillon squelettique des espèces H. sapiens, P. troglodytes, G. gorilla et P. pygmaeus. À partir de ces mesures et du calcul de certains ratios, des comparaisons intra et interspécifiques ont été réalisées. Les différences les plus significatives entre les espèces se dévoilent au niveau intermembre et sont relatives aux différents pourcentages d'utilisation des membres supérieurs ou inférieurs. Au sein des espèces, les résultats révèlent une similarité dans les réactions des surfaces métaphysaires au niveau intermembre, supérieur et inférieur. Les changements proportionnels ont lieu entre les stades 0 et 1 pour H. sapiens (première marché indépendante), entre les stades 2 et 4 pour P. troglodytes (majorité du poids corporel soutenue par les membres inférieurs) et entre les stades 3 et 5 pour G. gorilla (taille adulte et quadrupédie très majoritaire). Pour P. pygmaeus aucun stade en particulier n'a été ciblé par les analyses et cela concorde avec l'homogénéité de ses modes de locomotion employés au cours de la vie. Les différences proportionnelles répondent à des changements locomoteurs majeurs. Australopithecus afarensis est intermédiaire entre H. sapiens et les grands singes pour de nombreuses comparaisons. Au niveau du genou, les plus jeunes individus A. afarensis ne montrent pas de morphologie bipède, similaire aux humains.

Comparative genomics and phylogenetics of the vertebrate CYP3 family

CYP3A verstoffwechselt mehr als 50% aller gegenwärtig in der Therapie eingesetzten Wirkstoffe, die häufig an klinisch relevanten Arzneimitttel-Wechselwirkungen beteiligt sind. Das Verständnis über die Bedeutung und die Regulation von einzelnen CYP3A Genen in der Pharmakologie und Physiologie ist unvollständig. Wir untersuchten die Evolution des CYP3 Genlokus über einen Zeitraum von 450 Millionen Jahre mittels genomischer Sequenzen von 16 Tierarten. Neue CYP3 Unterfamilien (CYP3B, C und D) entstanden über eine beschleunigte Evolution aus CYP3A Vorstufen von Clupeocephala Spezies. Ausgeprägte funktionelle Unterschiede traten zwischen CYP3A in Säugern und Clupeocephala CYP3 auf. Alle amnioten CYP3A Gene entwickelten sich aus zwei CYP3A Urgenen. Aufgrund der Entstehung von Säugern mit Plazenta ging eines von ihnen verloren während das andere eine neue genomische Umgebung infolge einer Translokation erlangte. In Primaten unterzog sich CYP3A mit mehreren Genduplikationen, Deletionen, Pseudogenisierung und Genkonversionen einer raschen evolutionären Veränderung. Die Entwicklung von CYP3A in Schmalnasenaffen (Alte Welt Affen, große Menschenaffen und Menschen) unterschieden sich wesentlich von Neue Welt Primaten (z.B. gewöhnlichen Krallenaffen) und Feuchtnasenaffen (z.B. Galago). Stellvertretend für die CYP3A Protein-codierende Sequenz entdeckten wir zwei frühe Episoden von besonders starker positiver Selektion: (1) auf CYP3A7 in der frühen hominoiden Evolution, welche im fetalen Zeitraum von einer Einschränkung der hepatischen Expression begleitet war, und (2) auf humanes CYP3A4 im Anschluss an die Teilung der Abstammungslinie in Schimpansen und Mensch. In Übereinstimmung mit diesen Befunden beeinflussen drei von vier positiv ausgewählten Aminosäuren, die in früheren biochemischen CYP3A Studien untersucht wurden, die Aktivität und Regioselektivität. Es ist somit naheliegend, dass CYP3A7 und CYP3A4 katalytische Funktionen erworben haben können, die besonders wichtig waren für die Evolution von Hominoiden und Menschen. Die Charakterisierung von CYP3A Promotoren in Primaten zeigte eine Anreicherung von ER6 Elementen in CYP3A Promotoren von Primaten und einen Trend in Richtung Erhöhung der ER6 Enstehung entlang den Abstammungslinien, die zu humanen und Schimpansen CYP3A4 führten. Die steigende Anzahl an ER6 Elementen kann durch die ausgeprägte CYP3A4 Induzierbarkeit und Expressionsvariabilität im Menschen verursacht sein.

Ape-like or hominid-like? The positional behavior of Oreopithecus bambolii reconsidered

Comparative morphological and functional analyses of the skeletal remains of Oreopithecus bambolii, a hominoid from the Miocene Mediterranean island of Tuscany–Sardinia (Italy), provides evidence that bipedal activities made up a significant part of the positional behavior of this primate. The mosaic pattern of its postcranial morphology is to some degree convergent with that of Australopithecus and functionally intermediate between apes and early hominids. Some unique traits could have been selected only under insular conditions where the absence of predators and the limitation of trophic resources play a crucial role in mammalian evolution.

DNA sequences of Alu elements indicate a recent replacement of the human autosomal genetic complement.

DNA sequences of neutral nuclear autosomal loci, compared across diverse human populations, provide a previously untapped perspective into the mode and tempo of the emergence of modern humans and a critical comparison with published clonally inherited mitochondrial DNA and Y chromosome measurements of human diversity. We obtained over 55 kilobases of sequence from three autosomal loci encompassing Alu repeats for representatives of diverse human populations as well as orthologous sequences for other hominoid species at one of these loci. Nucleotide diversity was exceedingly low. Most individuals and populations were identical. Only a single nucleotide difference distinguished presumed ancestral alleles from descendants. These results differ from those expected if alleles from divergent archaic populations were maintained through multiregional continuity. The observed virtual lack of sequence polymorphism is the signature of a recent single origin for modern humans, with general replacement of archaic populations.