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从达尔文时代以来,人类学家和进化生物学家的一个关注重点是人类群体的多样性是如何进化而来的。自然选择进化理论认为:环境改变是进化的主要动力。现代人自从非洲起源以来,在最近10万年的时间中已经分布到了全球几乎所有地理区域中。在这一过程中,自然环境和社会习俗的改变都可能对人类遗传变异产生影响。在本研究中,我们对东亚人群中的两种重要的适应性性状,酒精耐受和高原适应,进行了人类群体遗传学和进化生物学方面的分析。
首先,我们从遗传上证明了Ⅰ型乙醇脱氢酶ADHlBArg47His多态位点是随着东亚地区的水稻驯化起源和扩张而在东亚人群中扩散开来。从1万年前人类社会进入农业时代以来,饮食等方面的改变对新石器时代的人类遗传变异就产生了持续的影响。而在南部中国及其邻近区域群体中高频的Ⅰ型乙醇脱氢酶Arg47His多态位点已经被证明存在明显的达尔文正选择作用。在我们的研究中,我们对包括汉族、藏族和东亚其他民族在内的38个群体的2,275个个体进行了群体遗传学研究。我们发现在这些群体中的ADHlB*47His突变频率表现出明显的自东向西的梯度变化,在东部地区的各个群体中频率较高而在西部的藏族群体中频率很低。对ADH1B*47His突变起源时间所做的年代估计则发现该突变在东亚地区大规模扩散的时间发生在7,000-10,000年前。ADH1B*47His突变频率的地理分布模式与东亚地区的古水稻遗址的时空分布高度一致。这些证据说明在东亚地区,尤其是中国东南部新石器时代的农业起源和扩张的时间与ADH1B*47His突变在相应的人群中开始扩散的时间是高度重合的。
在第二部分的研究中,我们利用AffymetrixGenome-wideHumanSNPArray6.0芯片对来自不同地域的50个藏族个体进行了全基因组扫描。我们通过扫描鉴定出了两个在藏族高原适应中可能发挥主要作用的低氧代谢通路相关基因,EPAS1基因和EGLN1基因。
人类为了成功应对极端恶劣的高原环境,例如寒冷、强紫外线辐射和高原低氧等,会在行为和生理上做出相应的适应性改变。在这些环境压力中,高原低氧是唯一一种无法用传统技术手段克服的环境压力。由于长期生活在海拔3,000m以上的高原,藏族人群为我们提供了一个极好的研究人类高海拔适应的例子。但直到最近,藏族人群适应高原低氧极端环境的遗传机制仍然没有被发现。我们对藏族人群的序列变异进行了全基因组扫描,并且通过与其他研究比较分析发现了两个低氧相关基因,EPAS1基因和EGLN1基因中存在明显的选择性清洗(selectivesweep)信号。在这两个基因及其附近的基因组区域中,藏族人群携带了大量的与其他平原人群(例如汉族和日本人群)不同的遗传变异,同时我们还在藏族人群的EPAS1基因中发现了一个藏族特异的单倍型,这个单倍型携带了数量众多且高频连锁的遗传变异。对不同地区的7个藏族人群共1,334个个体所做的进一步群体遗传学分析发现在整个喜马拉雅地区的群体中都存在这种选择性清洗的信号。在EPAS1基因和EGLN1基因中所出现的自然选择信号表明,藏族人群为了适应高原低氧的环境在这两个基因中出现了高频的适应性功能突变。