Y染色体单倍型在中国汉族人群中的多态性分布与中国人群的起源及迁移_柯越海

©19942010ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHousAllrightsrsrdhttp:wwwcnkint第卷第期中旧种荃辑年月染色体单倍型在中国汉族人群中的多态性分布与中国人群的起源及迁移柯越海宿兵②③肖君华陈华黄薇④陈竺④褚嘉佑⑤谈家祯金力③卢大儒口复旦大学遗传学研究所摩尔根一谈家祯国际生命科学研究中心,上海②中国科学院昆明动物研究所,昆明③德克萨斯大学休斯顿分校人类遗传中心,休斯顿,美国④中国国家人类基因组南方研究中心,上海⑤中国医学科学院昆明医学生物研究所,昆明摘要观察了由个单核普酸多态位点组成的染色体单倍型在全国个省市汉族人群中的分布结果表明,中国南北人群的染色体单倍型组成有较大差异,南方人群的多态性明显高于北方人群,而后者中的单倍型仅包含前者的一部分,其中单倍型,,和仅出现在南方群体这一观察结果与中国南北少数民族人群间差异相符,提示现代人类自南方进入中国,随后由南向北逐渐迁移同时对携带南北人群共同的单倍型个体在个染色体微卫星标记位点进行了基因组分型,据此估算了现代人类进入中国的时间大致在巧前关键词染色体单倍型现代人起源与迁移中国人亚洲与其他各大洲直接或间接相连,是研究早期现代人类起源与迁移的一个关键地区近年来,越来越多的遗传学证据支持现代人类起源于非洲,即所谓的“走出非洲”假说’,尽管我们对现代人从非洲向欧洲、美洲和大洋洲的迁移已有许多研究,但对早期现代人类如何到达东亚包括中国地区以及而后怎样遍布东亚大陆所知甚少另外,对于现代人的起源一直存在着多地区起源的不同观点,认为包括中国在内的亚洲、非洲和欧洲的现代人是由当地的智人演化而来的,因此认为现代中国人是独立起源的,这一假说的主要支持证据来源于对中国晚期智人骨骼的体质形态特征研究和在东亚发现的人类化石包括从直立人到现代人的化石在时间及形态变化上均呈较好的连续性的考古发现一,尽管这一连续性的可靠性尚有争议,’”,但仍被认为是支持东亚现代人独立起源的有力证据近来褚嘉佑等人利用个常染色体微卫星位点研究了中国人群的遗传结构,证实了中国南北人群间的遗传差异【”、’,其结果与人类非洲起源说一致,对东亚人群的独立起源说提出了质疑‘众所周知,由于微卫星位点突变率较高,其作为遗传标记研究人类进化和人群迁移有一定的局限性,尤其对于较为久远的进化事件往往缺乏分辨力,因而褚嘉佑等人的研究难免缺一一收稿,一一收修改稿国家自然科学基金重大资助项目批准号联系人一治©19942010ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHousAllrightsrsrdhttp:wwwcnkint第期柯越海等染色体单倍型在中国汉族人群中的多态性分布与中国人群的起源及迁移乏令人信服的证据支持非洲起源假说,近来许多研究者意识到染色体上的遗传标记是研究早期人类起源和迁移的理想的工具’一‘作为父系遗传的染色体,它的绝大部分为非重组区,故单倍型保持完整,不易受重组和复突变影响,突变率低,比微卫星标记更能稳定遗传,是进化事件的忠实记录者再者,由于染色体为单倍体,其有效群体大小远小于常染色体位点,较易产生人群特异的单倍型通过对染色体个单核昔酸多态性,组成的单倍型在中国汉族人群中的分布,研究早期现代人类在东亚地区的迁移路线,同时通过对特定染色体单倍型的微卫星位点多态性的,推算早期现代人进人东亚大陆的时间与方法样品采集和基因组制备共采集了来自中国不同地区的份男性个体血样,这些人群分别来自中国个省、市、自治区每个人的省籍根据其祖父母及外祖父母的出生地与籍贯一致而定,并将其归为个地区北方人数较少者归人其他类外周血样按文献常规操作酚氯仿提取基因组,定量标化,一℃保存备用和微卫星遗传标记的基因分型染色体的单倍型由个组成,其中个文献中已有报道,‘,一,而其他个则是在我们最近的研究中报道的〕位点的基因分型采用等位基因特异方法,对于每一个染色体的位点,设计两个特异等位基因引物分别在其上游或下游单侧引物的’端含有突变的位点,来识别单碱基差异的等位基因反应基本条件一林体系,含枢模板林,两个引物各,·,一,几聚合酶本研究中个染色体的引物序列及扩增条件见表巧聚合酶采用普通酶,其余均为公司的聚合酶产物取协,琼脂糖凝胶电泳观察结果染色体微卫星位点,和的基因分型,对荧光标记引物购自一公司反应体系林,含林,林,林,聚合酶林,对引物各林,小模板林,其余用去离子水补足林,采用多重降落式反应条件,产物在全自动测序分析仪上进行基因组扫描,运用软件进行基因分型数据分析处理,具体基因分型方法见以前的报道〔‘“〕人群迁移时间推算的统计方法根据一步突变模型,推导出以下公式作为推算时间的依据一一户,其中,为时间以代数计户为突变率为有效群体大小为微卫星位点重复单元数量的方差©19942010ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHousAllrightsrsrdhttp:wwwcnkint中国科学辑第卷表个染色体的引物序列及扩增条件位点引物序列浓度加·一,退火温度℃上游引物上游引物下游引物上游引物下游引物下游引物上游引物下游引物下游引物上游引物下游引物下游引物上游引物上游引物下游引物上游引物下游引物下游引物上游引物上游引物下游引物上游引物下游引物下游引物上游引物上游引物下游引物上游引物下游引物下游引物上游引物上游引物下游引物上游引物上游引物下游引物上游引物上游引物下游引物上游引物上游引物下游引物上游引物下游引物下游引物上游引物下游引物户】,,八,⋯’】,,,,,︶,八,︸了司价二’可使用普通扩增©19942010ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHousAllrightsrsrdhttp:wwwcnkint第期柯越海等染色体单倍型在中国汉族人群中的多态性分布与中国人群的起源及迁移结果从个染色体的基因分型中得到个单倍型图表列出了个染色体单倍型在中国汉族及世界各大洲人群中的分布其中,非洲人为,和美洲人为,和欧洲人为意大利人及北欧人大洋洲人为及新几内亚讨论和两种单倍型相对古老一些,在非洲和非洲以外的群体中均有发现,这意味着这样的突变在早期现代人类走出非洲之前就已经发生了在位点上分的突变,所有非洲人均是,而的频率在非洲以外的人群中占,这显示大多数非洲以外的群体具有较近的共同祖先’单倍型是其他各种区域性特征分布的单倍型的祖先单倍型,因此,可能是在走出非洲后发生的巧是美洲印第安人特有的单倍型,是大洋洲人特有的单倍型在欧洲人群中有较高的频率,则为东亚人群特有的单倍型,这一明显的群体特异性为研究人群迁移和人群间基因交流提供了理想的工具一单倍型仅出现于东亚地区,在东亚以外的群体中尚未发现,尤其是一均呈位点的突变,这些单倍型在东亚人群中占大多数,尤其是在汉族中占因此,在东亚人群中的特征分布提示东亚人群来自同一祖先然而在比较中国以长江为界的南北人群的差异时,发现南方人群中的遗传多态性明显高于北方人群这一差别表现如下南方人群中的亚洲特异单倍型的数目多于北方人群,其中,和仅出现在南方汉族,在北方汉族中没有,而北方汉族之单倍型在南方汉族中均有出现这些在南北汉族群体中的差异在南北非汉族人群比较中更为显著,这可能是由于汉族的南北基因交流远大于非汉族少数民族南方人群的基因多样度高于北方人群,各人群的遗传多样度按北方非汉族人群、北方汉族人群、南方汉族人群、南方非汉族人群东南亚人群排列分别为,,和,逐渐上升,揭示人类进人东亚始于南方东南亚群体中的单倍型几乎涵盖全部中国和亚洲的特异单倍型,因此东南亚可能是早期由非洲迁来的人群进入东亚的第一站,从那儿开始我们的祖先从东南亚、叭十了区口二巫三三华华门个匕兰兰兰口,,且,,,,图个染色体单倍型的系统进化关系图为祖先类型,其他单倍型均由衍生而来方框上为各单倍型所特有的多态位点类型各单倍型在所有个位点上的等位基因类型见文献©19942010ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHousAllrightsrsrdhttp:wwwcnkint中国科学辑第卷寸导井卜工川一国因,码国出娇出峭的忿仍洲一寸卜一艺国︵补工人价工卜一卜霖︵扎工州霖价价一的叶,门乃、心⋯翔汁,尹卜卜叫凶叶闪的侧一币训日以创闪闪卜卜峭︸︸味悦仍工哟寸工一卜卜卜闪寸洲凶闪一一卜对卜一︸︸欣功一︸︸︸吧们洲叱们民织留艺导】心卜二,口勺门叼二号甲勺尹叫卜叫价卜价阶州价仍卜︸叫叫因寸卜一码叫卜次哟户侧骨之甲、】尹卜甘晒的阶︸︸一洲一⋯心闪,叫亡尹尹广口卜心卜寸尸勺心卜叫闪凶叫凶,门沉吧尸时、⋯卜户护二叫《甲、广次留口因寸卜的凶一一叶娇悦卜凶、口亡甲奋习口口】产、】门一,叫闪户叫卜⋯犷、洲峭一一怕卜阶卜‘卜价仍,仍囚一一工卜叫的工叫,价例工凶闪凶娇一凶叫一户码卜卜妈的州工卜卜出豢一︸︸哟闪一的叫价的︵七一国︵乞称国几忿言卜国几国娇国寸国仍国功工协因卜闪︸︸︸︸︸一寸工卜娇卜洲价卜凶工仍工‘一卜寸妥格众哥壕名仑称长早狱岭韧喇西耸称楼郭令三禅酬毕哥耸切探卜卜一悦的码卜的的卜一国闪粥,二织蕊二心、心以留三侧示职留巴竺吕公口民二胃写留口巴蕊胃乳象怜耸剥毕哥名仲零代阁长获︵州长圈宾杖瑙长惠彭袱衷袱袱轰带袱世喊月月招闰图供阶画膝徽甥概楼奖长仁惬巾恻毕便每脚娜一一宜习竹每嫩叫板划月臻拓椒望狱僵厦长曰目厦伽喇攫橄淡扣镰遥辉羁帜明豁袱黛圈客格址髓裘冲早狱昧刹圈惬长楼郎长健羁澳长习竹目爷长凶涸©19942010ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHousAllrightsrsrdhttp:wwwcnkint第期柯越海等染色体单倍型在中国汉族人群中的多态性分布与中国人群的起源及迁移进人中国的南方,而后越过长江进人北方地区这一发现与线粒体单倍型分布相符为了估计早期现代人类进人中国的年代,我们对含个具有汉族特异性的单倍型、的个体在个微卫星标记位点,和进行基因型分型为了尽量减少由于估算群体结构的误差带来的影响,共筛选并分析了个携带有汉族特异性单倍型的个体根据一步突变模型推导出计算瓶颈效应年代公式一一功去户,该公式适用于经历了一次较强的瓶颈效应后产生快速增长的群体,对于公式中有效群体大小的估算,目前广泛接受的现代人的有效群体大小为一,因为考虑到亚洲群体比非洲群体的遗传多样性要小,我们假设亚洲群体的有效群体大小为一,突变率为,,年为一代,据此得出突变发生的年代大致是在、年前此年代由推算而得,是个微卫星位点中最大的一般而言,单纯从遗传学角度对古代人类的群体迁移和基因突变年代的精确估算困难非常大,因为在上述公式中有效群体大小和突变率的估计带来的偏差直接影响结果,但我们作出这样的年代估算与体质形态学和考古学在齿型、石器和化石的发现相符一考古学研究表明,涵盖中国北方地区的北亚人种特有的齿型发生在一年前,而这种齿型是由东南亚地区的类齿型演变形成的,这与我们公式推算出的发生年代下限相符此外,在西伯利亚、贝加尔湖和阿尔泰地区近来的考古学研究表明,这一地区的人类石器文明出现在一年前,这样当我们接受了包括西伯利亚和大洋洲在内的整个东亚群体是由非洲起源并经东南亚迁移而形成的事实,那么现代人类进人东亚地区应该在北亚出现石器文明之前,这样认为突变估算年代的下限年前更接近于事实了,因此我们认为年是早期现代人迁人东亚所造成的瓶颈效应的年代据此,我们认为随着冰川期逐渐消亡,非洲起源的现代人约在年前从南方进人东亚,在以后的数万年中逐渐向北迁移,遍及中国大陆,北及西伯利亚大约在年前,经历了漫长的蒙昧时期后,以仰韶文化为代表的最早的中华文明开始在黄河中上游地区萌芽参考文献,,,,一,,,,,一,,,斗,,,而而,,礴,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一©19942010ChinaAcadmicJournalElctronicPublishingHousAllrightsrsrdhttp:wwwcnkint中国科学辑第卷‘,心‘,,,,,,一,,户,一,,,,,,,一一,,,,,一,,一,,,,,,,一,,,,,,,,,,,一犷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