全基因组等位基因差异分析发现新的低氧反应基因与藏族高原适应相关

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目的:世居藏族人群对高原低氧环境有极强的适应能力,这种高原适应性遗传度很高。基因组筛查是一种寻找遗传疾病/性状易感基因的有效方法,前期研究已发现了一些藏族人群高原适应有关的候选基因。虽然多项研究均提示HIF(Hypoxia inducible factor)相关基因(如:EPAS1、EGLN1)参与了藏族人群高原适应过程,但缺氧相关通路在该过程中的作用仍需系统评价。方法:⑴SNP-MaP(SNP microarrays and pooling)分析:收集300名高海拔(>4,500m)藏族人和300名低海拔(<2,500m)中国汉族人血样,提取基因组DNA,每个试验亚组样品DNA等量混合,构建藏族组和汉族组DNA混合池,通过全基因组SNP芯片高密度杂交分型,估计藏/汉各位点的等位基因频率差异。⑵藏/汉人群数据集整合:下载Simonson和Yi的藏族样本多态性数据,利用HapMap和1000Genomes中CHB为对照进行关联分析。⑶功能诠释:预测藏/汉人群差异位点所涉及的候选基因,利用GSEA分析确定生物学通路与高原适应特征的关联(p <10-2);筛选出阳性通路,同时结合缺氧反应相关的通路,构建基因-通路-基因关系网络。结果:⑴数据质量控制:经过高通量芯片杂交分型,获得SNPs位点两个等位基因杂交信号强度值,通过QC获得常染色体区域862,411个质控合格的SNPs,藏族组和汉族组三次平行实验两两之间信号相关性均大于0.97,提示芯片实验技术的重复性较高。⑵候选基因:全基因组中,EPAS1区域的SNPs在藏/汉人群间差异最强;在SNP-MaP分析中,具有显著性种群差异且被Simonson或Yi藏族样本支持的候选基因共有49个,其中具有缺氧功能诠释的基因有五个,分别为EPAS1(rs13003074, p=2.16E-42)、IL10(rs4579758, p=5.54E-23)、SLC8A1(rs2160777, p=3.54E-18)、EGLN1(rs2244986, p=7.75E-17)和PIK3R1(rs13156223,p=2.58E-09);而前期研究发现的高原病候选基因未在本研究中得到验证。⑶通路分析:HIF (GO:0097411)、能量代谢、造血、铁离子平衡、细胞生长、神经及免疫等相关通路具有显著差异。结论:EPAS1和EGLN1是普遍证实的藏族人群高原适应相关基因,而IL10、SLC8A1和PIK3R1可能是新的候选基因;HIF信号通路可能是藏族人群高原低氧适应的基础,它在红细胞生成,血管生成及舒缩、能量代谢等多方面具有重要作用,促使藏族人群适应高原低氧环境。
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