研究團隊重建蒙古高原漢族進化歷史及生物適應(yīng)

中國研究小組通過綜合基因組數(shù)據(jù)集分析了 5,583 個現(xiàn)代和古代個體，重建了蒙古高原漢族人群的群體進化歷史和生物適應(yīng)性。

他們的研究成果發(fā)表在《hLife》雜志上，表明蒙古高原的漢族人群具有很強的遺傳同質(zhì)性，受到周圍阿爾泰語族人群基因流動的影響。

研究團隊利用各種計算生物學方法，全面描述了生物適應(yīng)性，確定了與復雜代謝特征相關(guān)的適應(yīng)性特征。此外，對古代和現(xiàn)代基因組的全祖先分析重建了過去 5 萬年中與脂肪酸和葉酸代謝相關(guān)的基因關(guān)鍵突變的進化軌跡。

全面表征復雜的人口過程和自然選擇壓力對人類遺傳多樣性模式的影響，對于理解不同民族語言人群的人類歷史以及適應(yīng)性特征和復雜疾病的分子遺傳基礎(chǔ)的進化軌跡至關(guān)重要。

“大規(guī)模人群特定的古代和現(xiàn)代基因組資源為闡明人類疾病的起源、遷移、混合、生物適應(yīng)以及遺傳結(jié)構(gòu)的地理起源和傳播軌跡提供了直接的時空研究窗口，”中國工程院院士、廣東省禁毒技術(shù)中心的共同通訊作者劉超說。

最近針對西歐亞人群古代和現(xiàn)代基因組特定血統(tǒng)的群體遺傳學研究揭示了晚舊石器時代歐洲狩獵采集者、新石器時代安納托利亞農(nóng)耕者、青銅時代歐亞草原牧民對現(xiàn)代歐洲人腰臀比和身高等復雜性狀的遺傳基礎(chǔ)的不同遺傳貢獻。

對歐洲古代和現(xiàn)代基因組的路徑特異性局部祖先分析表明，5000 年前西部草原人群的擴散塑造了現(xiàn)代歐洲人群對多發(fā)性硬化癥的遺傳易感性，北部患病率較高，南部患病率較低。

然而，基于古代和現(xiàn)代基因組數(shù)據(jù)庫來剖析東歐亞人群疾病或生物適應(yīng)性特征的地理起源和進化軌跡的研究相對較少。

“為了解決東歐人群中的這一差距，并更深入地了解祖先不同的東歐人群的進化歷史以及復雜生物學特征的群體特異性遺傳基礎(chǔ)的進化起源，我們利用整合的現(xiàn)代和古代基因組數(shù)據(jù)庫探索了祖先組成，并描述了漢族人群適應(yīng)性特征的進化軌跡，”通訊作者、四川大學的何光林說。

人口歷史

漢族是全球最大的民族，分布在中國各地，生態(tài)環(huán)境和飲食習慣各異。東亞北部的蒙古高原既有講漢語的漢族，也有講阿爾泰語的人群。

歷史記錄記錄了該地區(qū)的各種政權(quán)，包括匈奴(公元前 209 年 - 公元 98 年)、鮮卑(公元 386 - 534 年)、(公元 552 - 742 年)、維吾爾(公元 744 - 840 年)和契丹(公元 916 - 1125 年)?？脊艑W和遺傳證據(jù)表明，漢族與這些少數(shù)民族之間存在廣泛的文化和遺傳互動。

論文共同第一作者、四川大學王夢格教授表示：“特定人群的基因組資源對于重建人群歷史、改善精準醫(yī)療中的人類健康公平具有重要意義。此外，蒙古高原的人群相互作用非常有趣，我們對蒙古族的遺傳起源和人群歷史進行了早期研究。”

“在這個項目中，我們主要針對蒙古高原漢族人群進行了群體遺傳學研究，重點研究了群體歷史和生物適應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了許多與關(guān)鍵適應(yīng)性突變進化有關(guān)的有趣故事。”

科學家利用等位基因頻譜和單倍型解析片段，全面描述了蒙古高原漢族個體的人口歷史和生物適應(yīng)性。

研究發(fā)現(xiàn)，蒙古高原各地區(qū)漢族人群的遺傳同質(zhì)性明顯，與中原漢族人群相比，蒙古高原漢族人群與阿爾泰語族人群的遺傳漂變較大。

先進的混合模型證實，蒙古高原漢族人群的基因庫受到了與阿爾泰語族相關(guān)人群基因流的影響。

生物適應(yīng)

該研究通過各種計算建模和檢測方法，確定了與蒙古高原寒冷環(huán)境、生存策略轉(zhuǎn)變和病原體暴露下的免疫變化相關(guān)的自然選擇信號。

“我們進行了多項互補統(tǒng)計分析，包括基于等位基因頻率的種群分支統(tǒng)計 (PBS)、成對固定指數(shù) (F ST ) 估計、基于單倍型的跨種群擴展單倍型純合性 (XP-EHH) 和綜合單倍型評分 (iHS)，以檢測蒙古高原漢族人群中的自然選擇信號。最重要的是與代謝、FADS 和 MTHFR 相關(guān)的候選基因，”該研究的第一作者、昆明醫(yī)科大學的李向平說。

FADS 基因家族編碼脂肪酸去飽和酶，該酶調(diào)節(jié)多不飽和脂肪酸的合成。MTHFR 基因編碼亞甲基四氫葉酸還原酶，該酶在葉酸循環(huán)中必不可少。

研究人員利用古代和現(xiàn)代樣本的高時空分辨率基因組資源，重建了最顯著的自然選擇信號[rs174550(FADS1)和rs1801133(MTHFR)]數(shù)萬年來的進化軌跡。

研究結(jié)果表明，優(yōu)勢等位基因rs174550-T的頻率自出現(xiàn)之后持續(xù)上升，穩(wěn)定在0.54左右。

同樣，約1萬年前在粟類農(nóng)業(yè)人群中出現(xiàn)的等位基因rs1801133-A，由于農(nóng)業(yè)伴隨的飲食變化，在北緯40度附近地區(qū)達到較高頻率。在中國人群中，rs1801133-A的頻率從北向南不斷下降。

近東新月沃地谷物農(nóng)業(yè)的發(fā)展和東亞黃河流域粟作農(nóng)業(yè)的發(fā)展加速了與代謝基因相關(guān)的遺傳多樣性模式的適應(yīng)和穩(wěn)定。適應(yīng)信號的表型關(guān)聯(lián)分析揭示了蒙古高原漢族人群的多基因適應(yīng)和復雜性狀的多效性模式。

近東地區(qū)小麥和大麥農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)以及黃河流域小米種植的出現(xiàn)促使代謝基因的遺傳多樣性迅速適應(yīng)和穩(wěn)定。生物適應(yīng)信號的表型關(guān)聯(lián)分析揭示了蒙古高原漢族人群的多基因適應(yīng)和復雜性狀的多效性模式。

昆明醫(yī)科大學的胡利平說：“我們的研究增進了人們對復雜的群體遺傳背景和人口事件如何影響疾病和表型的遺傳決定因素的理解，有可能推動個性化精準醫(yī)療的發(fā)展。”

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