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乳糖酶持久性

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的特点 乳糖酶持久性 (乳糖耐量)可能是人类自然选择中较好的教科书实例之一。 造成这种情况的原因可能有两个。 有一个非常 选择的有力标志 在已知与该性状相关的特定基因中 人口众多。 而且,有一个非常引人注目的 历史叙事 这很好地解释了过去约5,000年间,这些人群在这种特殊的功能变化上如何进行如此强烈的选择。 但是阐明这种遗传适应的起源和传播也很有趣,因为它看起来好像是 不是一个单一的事件。 与阿拉伯人,丹麦人和马赛人不同的人群似乎在感兴趣的基因座周围携带不同的等位基因,从而赋予了消化牛奶的能力。 这说明了选择压力具有可行的目标时,在基因组水平上会有快速响应的事实。 在哺乳动物成熟的某个时刻,产生乳糖酶的调节途径关闭。 然而,在众多人群中,这种逐渐关闭的过程已被短路。

在我阅读时,与这种适应有关的各种回应带给了我 埃塞俄比亚乳糖酶持久性等位基因的多样性–软选择性扫描的签名,在最新一期中 美国人类遗传学杂志:

乳糖酶在人类中成年后的持续表达是最近的一种遗传适应方法,它允许在断奶后食用其他哺乳动物的乳汁。 在欧洲,上游区域中的一个单一等位基因(−13910 * T,rs4988235)可作为乳糖酶基因LCT表达的增强子,负责乳糖酶的持久性,并且在过去5,000年中似乎一直处于强烈的方向选择之下,通过在扩展单倍型上广泛存在该等位基因来证明。 在非洲和中东,情况更加复杂,同一LCT增强子区域中的至少三个其他等位基因(−13907 * G,rs41525747; −13915 * G,rs41380347; −14010 * C,rs145946881)可能导致持续的乳糖酶表达。 在这里,我们在超过350个个体的大型耐乳糖试验埃塞俄比亚队列中研究了LCT增强子序列。 我们显示,进一步的SNP,-14009T> G(ss 820486563)与乳糖二酯状态显着相关,并且体外功能测试证实,-14009 * G等位基因也增加了LCT启动子构建体的表达。 LCT增强子区域中的衍生等位基因分布在几个种族中,我们报道了乳糖消化系统中的遗传多样性要比非消化系统中的更大。 通过检查侧翼标记以控制突变和人口统计学的影响,我们从经验证据中进一步描述了: 柔和选择性扫描的特征.

就我的口味而言,在某种程度上来说,这篇论文是相当混乱的。 重要的是,他们甚至没有考虑 帕加尼等人的结果。 (在同一期刊中!)进行分析。 总体结果是,尽管在欧亚大陆和东非,乳糖酶的持久性似乎是通过“硬性”选择性扫描在人群中传播的,而在埃塞俄比亚,它可能是通过“软性”扫描传播的。 前者是单个新突变体赋予有益表型的情况。 在没有等位基因竞争者的情况下,该变异体的频率会迅速上升,基因组的侧翼区域会产生一个长的单倍型区。 在欧洲人中,这导致了周围基因组的高度均质化区域 LCT.

鉴于上述模型,埃塞俄比亚的情况有点矛盾。 似乎没有几个等位基因,而是几个正在分离。 而且,乳糖酶持久性单倍型比非持久性变体表现出更多而不是更少的遗传多样性。。 如文章中所述,可能存在针对乳糖酶持久性的强烈选择性约束。 显然,非洲之角人口中存在长期的非持续性单倍型,这说明了该样本子集的多样性降低。 相对于不利的祖先变体,在硬扫掠中单个突变的频率会增加,而在这种情况下,您会进行软扫掠,其中具有相似适应性值的替代变体的频率可能会增加。

但是所有这些都需要考虑到 帕加尼等。,这表明埃塞俄比亚最近有掺混物。 上面的讨论似乎暗示 原位 非洲之角内发生了一些选择性事件,但可能是扫荡可能是在埃塞俄比亚人的欧亚祖先中发起的(也许有些混合映射会有用吗?)。 最终,这将是一个复杂的故事。 乳糖酶的持久性是自然选择的一个很好的模型,这并没有从更大的角度出发,尽管我不太确定本文的具体特征,但草图中仍有更多细节需要填写。

 

二烯麻菊 都对一篇新论文发表了评论,该论文研究了西班牙新石器时代遗迹中乳糖酶持续存在的可能性,但我想我也要对此发表评论。 该文件是: 在新石器时代的西南欧洲,乳糖酶持续性的患病率较低。 该位置位于现代巴斯克自治区的边缘,而时间范围是公元前3000年左右。 表3显示了主要结果:

乳糖酶的持久性是一个主要特征。 这意味着任何具有至少一个T等位基因拷贝的个体都是持久性的。 正如Maju所指出的,这里的独特之处在于基因型是 不在哈迪-温伯格平衡中。 具体而言,纯合子过多。 使用SJAPL位置作为潜在的随机交配场景,您应该期望〜7个T / C基因型,而不是2。有趣的是,Longar位置中的持久个体也是纯合子。


HWE做一些假设。 例如,没有选择,迁移,突变或分类交配。 与HWE的偏离暗示了其中的一种动态。 这里的样本量很小,但是偏差是不容忽视的。 回想乳糖酶的持久性具有主要的遗传模式。 如果正为您选择特质,则只需一个副本。 如果选择,纯合子的富集是出乎意料的 原位 在这里发生。 不能排除一个人正在观察两个不同种群的混合。 一代人的随机交配会产生HWE,但是当种群在现实情况下杂交时,这并不总是一个合理的假设。 而是,交配交配往往持续了几代人,减缓了人口子结构的减少。

在这种情况下回避猜测,我们能说些什么? 首先, LCT 基因座具有较大的突变靶标。 乳糖酶持久性的特征是由于整个旧世界的不同突变事件而多次出现的。 但是,似乎确实有一个特定的变体,它可以从 西班牙飞往印度北部。 有一些 旁证 该等位基因起源于欧亚大陆中部,但目前其模态频率出现在北欧,斯堪的纳维亚半岛和德国。 该突变周围的基因组区域的特征是非常长的单倍型。 作为人类基因组中自然选择的候选基因,它是最确定的基因座之一。 现在有大量的古代DNA证据表明,在过去约5,000年左右的时间里,欧洲的乳糖酶持久性是一个特征。 在现代巴斯克人中,等位基因的频率为66%。

对我而言,关键问题是在每种特定情况下,都应分拆迁移和选择的角色。 -13910T的频率似乎并不正确 LCT 巴斯克和旁遮普邦的等位基因反映了近来共同祖先的出现频率。 这意味着自然选择正在这个地方发挥作用。 另一方面,在巴斯克语和旁遮普语中都存在的单倍型很可能是从一组共同的个体中衍生而来的,这意味着存在一条族谱链,将这两个非常不同且相距遥远的欧亚人口联系在一起。 因此,我们可以潜在地推断出迁移在传播独特等位基因方面的力量。 我们经常将选择与家谱信息区分开来,因为选择常常使信号失真。 但是,家谱可能是不同自然选择事件分布的核心。 LCT 轨迹。

总体而言,我想说的是古代DNA的结果是无序且使简单的优雅模型模糊不清。 人们希望并假设,随着这一领域中样本数量的增加,随着新范例的形成,我们将开始看到更多的清晰度。

引文: 欧洲人类遗传学杂志, 10.1038 / ejhg.2011.254

 


克里希纳与牛奶女仆


与某些亚洲社会不同,乳制品在南亚相对知名。 显然,我祖母的家人在某个时候经营牛奶生产业务。 这是值得注意的,因为孟加拉不是牧民的土地。 在印度北部大部分地区,牛奶和奶制品的织机更大,尤其是 酥油。 人们不倾向于食用使他们生病的东西,甚至不考虑以黄油的形式进行的加工,大多数研究人员已经假设相当多的南亚人必须坚持乳糖酶。 也就是说,它们可以从牛奶中存在的乳糖(除了脂肪和蛋白质)中提取营养价值。 此外,许多南亚人在欧亚大陆西部常见-13910 C> T。 我怎么知道 因为我与许多南亚人共享我的遗传信息,其中一些人,尤其是旁遮普人,在该等位基因上表现为“乳糖耐性”。

A 新文 in 分子生物学与进化 通过更大的数据集(来自南亚的2000多个样本)证实了这一点。 地理模式正是您所期望的:


-13910 C> T在印度西北部是模态的,那里的牛养殖在整个社会中最为普遍。 随着人们向南,向东和向北移动,进入牛奶生产和产品在文化工具包中所占比例较小或缺乏的区域,它下降了。 成年后消化乳糖的能力很有趣而且很好,因为它完美地说明了自然选择重塑性状的能力。 相对遗传接近的种群可能会有所不同,具体取决于该特征是否受到青睐。

这是怎么回事? 他们使用了许多统计学上的遗传技巧,但我会为您省去的。 首先,请记住乳糖酶的持久性已经出现过多次了。 有一种突变在北欧很普遍,延伸到欧亚大陆中部。 这与本文讨论的内容相同。 其他突变位于阿拉伯半岛和东非。 趋同的演变表明以下方面的某种组合:

1)乳业文化中此性状的强大选择压力

2)较大的突变目标,因为广泛的变化似乎会影响适当的转移

3)低水平的基因流动,使不同的变体得以蓬勃发展。 如果基因流太普及了,比最早的变种会先扫除所有其他基因

事实证明,绝大多数检测到的变体已知可允许印度的乳糖酶持续存在 是西欧亚大陆之一。 这很有趣,因为有各种各样的 遗传文化 将南亚与西欧亚大陆(甚至欧洲)联系起来的原因。 有一些遗传证据暗示西欧亚变种来自伏尔加河地区。 尽管该词未出现在论文的正文中,但并不需要火箭科学家推断出该等位基因可能是由 印度雅利安人. 对此的主要反对意见是,似乎他们的统计更正暗示地理预测的是性状的变化,而不是语言上的亲和力(即,如果印度欧裔人与作为邻国的德拉维人之间存在显着差异,那将是总体上引起了人们的极大兴趣(南亚和藏缅人是例外,语言是缺乏乳糖酶持续性的良好预兆)。 这些结果使我不太怀疑 最近南亚西亚欧亚大陆的大部分掺混物可能是由于印欧语系的缘故。 也许他们确实以一种持续不断的方式向南推,并且在文化上是不连续的? 从理论上讲这不是不可行的。 另一方面,我确实想知道西欧亚变种是否早于印欧语系。 该论文的作者观察到,畜牧业在南亚已有7,000年的历史。 时间不长于欧洲,但确实很长一段时间。

但是这些结果并不能仅仅告诉我们祖先。 周边地区 LCT 在欧洲人中显示了很多自然选择的证据。 南亚人呢? 似乎某些签名确实在印度仍然存在。 另外,放牧与乳糖酶的持久性之间有很强的相关性。 这是有道理的,但是很高兴得到确认。 这表明我们需要谨慎地从这个位置推断出关于血统的过多信息: 它不是中立的代理人,因为它受到正面或负面自然选择的影响。 他们合并的样本中的总频率为〜0.20,上限为〜0.75。 基于早期的Y和mtDNA研究,作者认为这些频率变化和总体水平更有可能是自然选择的功能,而不是祖先的功能。 换句话说,一小群牧民带来了偏爱的等位基因,这些等位基因迅速传播到生态上偏爱的生态位。

 

研究博客网站 我最近关注的 缺乏遗传连续性 狩猎采集者和农业人口之间 基因在文化上 主要是因为我们不在理论领域; 古代 DNA 样本的提取是稳定的,并且正在加深和颠覆我们对过去的理解。 在这种情况下,文化和遗传学之间的关系尤为重要,基因不仅可以作为我们可以追踪人口流动的标记, 但是基因本身嵌入在不需要与人口流动相关的动态中。

考虑 乳糖酶持久性,这赋予了成年人消化牛奶的能力。 在 20 世纪,“乳糖不耐症”被认为是一种病态,但事实证明,由于缺乏乳糖酶的产生,大多数人成年后无法消化乳糖。 这是祖传的类型。 相反,导致乳糖酶产生持续到成年的不同突变似乎在欧亚大陆西部和非洲的几个地区独立出现。 这表明这里的突变目标区域很大,也就是说,考虑到特定的选择压力(牛培养),突变体将在背景中出现并增加产生乳糖酶持久性表型的频率。


世界上乳糖酶持续存在频率最高、范围最大的地区是北欧。 事实证明,周围地区 LCT,在功能上与乳糖酶持久性性状的变异有关的基因座,在其周围有一个巨大的连锁不平衡区域。 换句话说,重组并没有切断 DNA 链上遗传变异的相关性。 正如你 知道 这暗示了几种可能的进化事件,并且可能是最近自然选择的一个典型标志。 在西方欧亚大陆的大部分地区,就乳糖酶的持久性而言,似乎一个SNP -13910 * T导致了从祖先状态向衍生状态的转变。 换句话说,一个具有C到T突变体的基因拷贝从欧洲西北部到印度西北部的频率迅速上升(阿拉伯人和萨赫勒地区不同人群的等位基因不同)。

已经有暗示性数据表明,古代欧洲人口缺乏 -13910*T 变体。 一项新的研究似乎证实了这一点。 北欧史前狩猎采集人群乳糖不耐症的高频率:

成果
在这里,我们调查了与新石器时代斯堪的纳维亚人群中乳糖酶持久性相关的等位基因 (-13910*T) 的频率。 在最初检查的 14 个人中,有 10 人产生了可靠的结果。 我们发现,在这个新石器时代中期的狩猎采集人群中,T 等位基因的频率非常低(5%),并且该频率与现存的瑞典人口(74%)有很大的不同。

结论
我们得出结论,这种频率差异不可能是由遗传漂变引起的,要么是由于选择,要么更可能是由于久坐的农业家取代了狩猎-采集人口。

这里的样本量很小。 但他们进行了一些模拟,似乎不太可能有这么少的狩猎采集者拥有现代瑞典人中高频率存在的衍生频率。 此外,我们知道这个基因座显示了可能表明最近自然选择的特征。 也就是说,它最近在许多人群中出现频率上升。 德国的另一项研究表明了类似的转变,即古代人口缺乏乳糖酶持久性。

地图样本来自哥特兰岛,可追溯到公元前 2,800-2,200 年。 换句话说,与苏美尔文明和古埃及同时代。 这在欧洲可能是史前的,但不是在全球范围内。 他们来自 去斑文化,并且比该地区的农业早了约 1000 年。 以下是 Wikipedia 对 PWC 的评价:

坑纹陶器文化(约公元前 3200 年至约公元前 2300 年)是斯堪的纳维亚半岛南部的新石器时代狩猎采集文化,主要分布在斯维兰、哥塔兰、奥兰、丹麦东北部和挪威南部的海岸。 它首先是当代的,与农业漏斗杯文化重叠,后来又与农业绳器文化重叠。

一些消息来源似乎表明,在 漏斗杯文化 继 PWC 之后,我们总是看到当代高频率的乳糖酶持续存在。 因此,这些结果并非莫名其妙或令人震惊。 主要问题是这样的: 基因变异是通过正向选择、人口流动还是两者结合传播到斯堪的纳维亚半岛? 一个合理的猜测是两者兼而有之,但真正的答案在于确定比例。 换句话说,有多少狩猎采集者被同化了? 健身带来的高效益 LCT 意味着即使在混合人群中,它的频率也会上升。 这里主要的暗示方面是一个杂合子个体。 从表型上看,它们应该表现出乳糖酶的持久性。 这个人是谁? 不幸的是,他们没有获得更多的全基因组,但这个人可能是混血儿,因此说明了农业如何传播的复杂动态。

几年前我会认为 LCT 通过自然选择在欧洲传播,随着他们采用农业和养牛文化,逐渐渗入狩猎-采集者的基质。 今天我不确定。 很明显,乳糖酶的持久性受到自然选择的影响,但这并不意味着它只通过个体水平的动态传播。 换句话说,人口更替现在是一种严重的可能性。 这开启了这样一种可能性,即北欧的大部分人口在人类历史的背景下是相对较新的定居者,他们甚至比埃及和美索不达米亚的文明还要晚。 有趣的时代。

Helena Malmstrom、Anna Linderholm、Kerstin Liden、Jan Stora、Petra Molnar、Gunilla Holmlund、Mattias Jakobsson 和 Anders Gotherstrom (2010)。 史前狩猎采集人群中乳糖不耐症的高频率
在北欧 BMC 进化生物学 : 10.1186/1471-2148-10-89

 
• 类别: 科学 •标签: 文化塑造, 基因, 乳糖酶持久性 
拉齐布汗
关于拉齐卜·汗

“我拥有生物学和生物化学学位,对遗传学,历史和哲学充满热情,虾是我最喜欢的食物。如果您想了解更多信息,请访问http://www.razib.com上的链接”