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欧亚大陆

slc24a5

SLC24A5等位基因

许多年前,我对某些基因的特定模式感到困惑,这些基因已经过非常强烈的选择。 尤其是所在地 SLC24A5 在过去的10,000年中,整个欧亚大陆受到了强大的冲击,在欧洲几乎被全部注视,但在南至印度仍然处于高频率。 然而,衍生的变体在东亚相对罕见。 带有西欧亚变体的群体,例如 维吾尔,几乎可以肯定的是,在过去的10,000年中是通过混合过程获得的(对于维吾尔族和东北亚各族,例如蒙古人来说,这种来自西欧亚大陆的混合物大部分是在过去2,000年的历史时期内)。

常识性的解释是 几万年来,欧亚大陆的广大地区都不是人口稠密的地区。 即使在冰河时代退缩之后,欧亚大陆的内部也会显得特别荒凉。 尽管人类迁徙地图显示了世界各地人类以某种频率生活的地方,但通常不会显示出人口密度的任何迹象。 如果在亚洲内山间地区的密度足够低,那么对于大多数更新世和早期全新世来说,按距离隔离基因流的想法可能对于欧亚大陆的两个对立体并不成立。 事情变了吗? 我相信是这样。 它归结为 农业,这使得以前在狩猎者和采集者中根本不可行的地区的人口密度更高。

一份新的论文 科学 为西藏概述 3600 BP后,农业促进了人类对青藏高原的永久占领。 我将引用本文的相关部分:

根据以上证据,NETP的史前人类占领可分为三个阶段。 在第一阶段(5200年以前的BP),猎人-采集者偶尔会突袭到4300马尔什以上的海拔高度,大概是在追踪游戏。 在第二阶段(英国年5200至3600 cal BP)期间,沿黄河中下游广泛建立的悠久的粟作传统一直延伸到NETP的上游。 BP在5900 cal yr年之后,小米农业已经遍及黄土高原(17),然后从5200 cal yr BP遍及NETP的这些下游区域,到第二阶段结束时(4000和3600 cal yr BP),在作物库中观察到两个明显的增加(文本S4和图S6)。 华北的room帚和谷子作物在某些地方被新肥沃的大麦,大麦和小麦的主要谷类加入或取代。 人们对史前东西方主要农作物的交会的时间顺序和后果产生了浓厚的兴趣(1820)。 在这里,其显着的结果是促进了青藏高原高海拔地区的持续定居。 小麦和大麦的进口使人类社区能够适应青藏高原海拔更高的恶劣条件,这是先前研究提出的可能性(15, 21).

关键添加是大麦。 在第三阶段,从大约3600 cal yr BP开始,可以将站点划分为2500 masl以上或以下的站点。 在低海拔地区,长期的农作物,b帚和谷子与大麦结合在一起,成为了传统饮食中的第三种成分。 但是,在高海拔地区,缺少对霜冻敏感的小米,因此耐寒的大麦已移至主要位置(图2D). 除了小麦(也具有相对耐寒性)和绵羊的存在以外,在这些高海拔地区的饮食显然已发生了变化,但其方式使得能够在前所未有的海拔高度上持续定居。

最近,关于藏族的遗传学,有很多有趣的工作, 来自古代的海拔适应可以推断出,在过去三到四千年里,汉人和其他低地群体实际上拥有大量的藏族血统。 如果您意识到更先进的农业技术的到来改变了高密度人类居住的可能性,那么这些结果将更有意义。 实际上,几乎绝对不是巧合,正是在农业时期,人类家谱的不同“分支”之间的巨大融合又重新融合了起来。 大面积地区较高的人口密度意味着事实上的基因流动没有消失的区域消失了。

 
• 类别: 科学 •标签: 基因, 西藏 

信用: 阿尔博扎格罗斯


西藏的遗传学和历史吸引了许多人。 老实说,这里的主要原因是海拔。 青藏高原一直是生物和文化适应极端条件的人口的堡垒。 自然地,这意味着藏族有大量的人口遗传学,因为低氧是高海拔生活的副作用,这极大地影响了健身。 我有 讨论 文件 在这个主题 before。 考虑到在ASHG 2012上的传闻,我将来可能会更多地谈论它。

但是要了解自然选择对种群的影响的特征,牢记系统发育背景通常非常重要。 我的意思是说,进化过程发生在历史上,而那些历史事件决定了现象随后的过程。 具体而言,要了解西藏人如何适应高海拔地区,就必须了解他们与谁有关系,以及他们的长期历史是什么。 里面有纸 分子生物学与进化 试图做到这一点, 青藏高原现代人类的旧石器时代殖民和新石器时代扩展的遗传证据:

藏族生活在世界上最高的高原上,他们目前的人口规模接近5万,其中大多数生活在3,500米以上的海拔高度。 因此,青藏高原是人类历史文化和生物学研究的重要领域。 然而,青藏高原殖民化的时间顺序仍然是人类史前尚未解决的问题。 为了重现青藏高原现代人类的史前殖民时期和人口统计历史, 我们系统地从青藏高原整个地区的6,109个地理种群中采样了41名藏族个体,并分析了父系(n = 2,354)和母系(n = 6,109)谱系以及全基因组SNP标记(n = 50)在藏族人群中。 我们发现,现代人类进入青藏高原有两种截然不同的主要史前迁徙。 第一次迁徙以约30,000万年前的古代藏族遗传特征为标志,这表明现代人类对青藏高原的最初人为发生在旧石器时代而不是新石器时代。 我们还发现了藏人和汉族人之间相对年轻(仅7万至10岁)共享Y染色体和线粒体DNA单倍型的证据,这表明在新石器时代初期出现了第二次移民潮。 总体而言,遗传数据表明,自上古石器时代初期青藏高原最初定殖,最后冰川期结束之前,西藏人已经适应了高原环境,随后人口迅速膨胀,同时建立了农业和牛。新石器时代早期高原上的牧民主义。

我认为需要强调的两个主要重点是:

1)大量的mtDNA样本量和较小程度的Y染色体线性

2)西藏人是到达高原超过10,000年的农民的复合体,而狩猎采集者的历史可追溯至旧石器时代

引文: 蔡晓云等。 “人类在Y染色体揭示的最后一次冰河极大期期间通过瓶颈从东南亚迁移到东亚。” PloS one 6.8(2011):e24282。

这篇论文有很多困扰我的问题。 我认为这是对他们论文的最广泛的解释,但是在细节上,我比起初时更加怀疑,困惑和好奇。 另外,我还要补充一点,我与在ASHG 2012上发表过这篇论文的海报的人进行了交谈,尽管我不知道他们是否是作者。 他们看起来不错,但也不一定完全专注于他们正在探索的问题,而不是获得大量样本并对其应用标准方法。 说到这,跳出来的第一件事就是他们的样本偏向今天的西藏自治区。 但是从历史上看,藏族一直居住到四川。 仅有50%的藏族人居住在自治区,但他们的样本中有90%以上来自这一地区。 就探索适应海拔高度而言,这很好,但是我想,如果您要进行系统地理学,则需要更好的地理覆盖范围。

但这只是一个未成年人。 本文的大部分内容由Y和mtDNA单体组的洗衣清单以及合并时间组成。 一些结果对我很有说服力。 有一些Y谱系表现出“星状”系统发育,通常意味着最近种群的快速增长。 作者使用其他方法推断,在引进农业超过10,000年前,人口确实在增加。 出于先前的理由,没有充分的理由对此发现表示怀疑。 尽管如此,进行钻探仍会造成很大的混乱,而且我不确定合并时间和系统发育实际上是否意味着作者所认为的意思。

例如,这是本文介绍的一种标准分析方法:

我们确定了新石器时代早期在父系(Y染色体D3a-P47和O3a3c1-M117)和母系(M9a1a和M9a1b1)(10-7 kya)谱系中最近种群扩展的分子特征(表1)。 对藏族和汉族之间的单倍型共享和分歧时间的详细分析表明,高原上的新石器时代人口的增长很可能是由于最早的新石器时代汉族农业人员的散布导致了大约10 kya在现在的中国西北地区。

O3a3c1-M117的出现频率约为30%,并且与中文(如上所示)相关。 这与其他最近的研究相吻合,这意味着藏人和中国人之间是相对较近的共同祖先。 通过混合种群将为您提供两个极端之间的平均结果,可以将此结果与旧石器时代根的存在相协调。 我的问题是,我怀疑汉人存在于10,000年前,就像我怀疑希腊人存在于10,000年前一样。

引文: 蔡晓云等。 “人类在Y染色体揭示的最后一次冰河极大期期间通过瓶颈从东南亚迁移到东亚。” PloS one 6.8(2011):e24282。

快速 文献检索 得出这样的事实,即M117是模态的,特别是居住在中国南部和东南亚北部的非汉族。 我不是在这里建议苗族向藏人介绍M117。 相反,我建议我们最好谨慎一点,前提是在给定地区有任何书面记录之前,我们已经知道遗传单倍群的种族分布有6,500年。! 对我来说,有一个推定的事实 汉藏语 一组语言强烈地表明了> 10,000年的多样化,而不是大约10,000年前的汉族存在。 历史记录很清楚,大约3,000年前的长江(现在是华北和华南之间的非正式分界线)是汉族在人口统计学上占主导地位的区域的边界。 即便如此,在华北平原上显然仍然有“野蛮人”的腰包! 正如我们所理解的那样,大约10,000年BP的农业扩张是汉人,这根本不符合基本合理性的考验。 东北亚的汉族在人口和文化上占主导地位是近3,000年的现象,可能是最慷慨的4,000年(华南在后汉王朝灭亡后大约在公元200年左右,尤其是唐朝时期被中国化) 600-950 AD)。

由于这些不合时宜的假设以及当代单倍频率的偶然推断又回到了古代的地理人口分布,因此很多争论都是令人发指的。 古代DNA突显了这种危险在欧洲的存在,这应该更新我们这种分析的稳健性的先验。 例如,作者对Y染色体谱系缺乏结构以及它们在西藏各地的深度聚结时间感到好奇。 为什么这是一个问题? 因为如果这些Y染色体世系是旧石器时代的,那么分支上的深层会聚也应对应于地理差异。 但是他们没有。 对我来说,最简单的解释是,过去一万年来,人口大量流动。随着农业的开放,青藏高原地区的人口急剧分化。 尽管从现有的分布推断出古代的地理联系,但这却带来了一个问题,因为它打开了迁徙的可能性,并带来了巨大的遗传人口变化。

总的来说,我会说这篇文章很有趣并且很有用,但是您应该仔细阅读它,不要太在意作者的推论。 这些推论基于可能基于错误基础的假设。

附录: 而且,如文中所述,PCA图上的“空白”并不一定意味着长期孤立。 这可能仅仅是由于采样不足造成的。 看上面。 有许多这样的不受支持的断言。 但是,我想补充一点,作者在拉萨市内发现了大量“异国”单倍群,这与我们对西藏文化历史的了解相吻合。 实际上,藏传佛教受南亚(尤其是孟加拉)佛教绝种的影响,而不是中国佛教的影响。 尽管喜马拉雅边界的人口激增似乎是从高地到低地,但也有例外。 这些例外往往在拉萨发现。

引文: 蔡晓云等。 “人类在Y染色体揭示的最后一次冰河极大期期间通过瓶颈从东南亚迁移到东亚。” PloS one 6.8(2011):e24282。

 

印度次大陆

喜马拉雅山是地球上最重要的地质标志之一。 喜马拉雅山不仅在自然地理领域很重要,而且在人文地理领域也很重要。 就像南亚人和非南亚人都同意,印度河谷及其支流包围着印度文化世界的西部一样,喜马拉雅山也是如此 把它装在北方。 与许多前现代建筑不同,例如 东部边界 在欧洲,南亚的北部界限相对清晰而鲜明。 它在浮雕图上很明显。 平坦的恒河平原让路给山。 它是一张文化地图,印度北部的语言让位给了西藏世界。 印度北部的宗教让位给西藏佛教。 在人文地理学方面,我相信有人可以辩称,如果排除那些被水障隔开的区域,南亚周围的喜马拉雅边缘在最小的距离上会显示出最丰富的祖先信息基因频率变化。 与撒哈拉沙漠不同,从印度北部到中国西藏的横断面在边界的任何给定位置都是 永久 有人居住 尽管稀疏 在高处。

研究博客网站 尽管存在地理障碍,但人们和思想的确在喜马拉雅山脉中移动。 印度对西藏的文化影响是显而易见的。 这 脚本 的西藏来自印度,而佛教的形式是 直接后代 该宗教在印度北部的最后一次开花。 但是,当文化向北移动时,从基因上我没有看到太多证据表明南亚人对此产生了重大影响。 当您意识到以下两个事实时,这会有些令人震惊: 西藏自治区 大约是5-6百万,而南亚北部大约 约1亿 (包括巴基斯坦和孟加拉国)。 相差200倍。 然而,有证据表明这两个群体恰好在您所期望的地方混合:在尼泊尔。 以下是来自 最近的一篇文章 这显示了南亚和东亚人口之间的相互关系。 我重点介绍了尼泊尔的小组,这些小组跨越两个较大的班级:


西藏搜1

西藏2从上图可以明显看出,尼泊尔的印度欧洲人口与藏族元素之间存在相当多的混杂。 这 马加尔 是一个代表西藏的部落,估计南亚的遗传资源很少。 这 纽瓦 是尼泊尔的杂种 出类拔萃。 在很大程度上,他们可以被视为现代尼泊尔中心的加德满都地区的土著人民。 他们的语言与藏族有亲和力,但在语言上几乎覆盖了印度-雅利安人的面貌,并且似乎拥有古老的奥亚文化底蕴。 纽瓦人虽然今天主要是印度教徒,但有大量佛教徒,其根源可以追溯到印度北部曾经盛行的大乘佛教的传统。 婆罗门和彻特里人团体属于上等种姓社区,他们声称他们来自北印度平原。 在尼泊尔,这些上等种姓群体中有些是最近的年份,在过去的1,000年中逃离了伊斯兰对加蒂奇平原的征服。 然而,即使他们有明显的藏族混合物。 这应该使人谨慎对待南亚种姓团体对基因纯度的过分宣称。

但是,在南亚,藏族或东亚部分的混合并不限于尼泊尔。 我已经从 2006年有关印第安人的论文 它显示了各种语言组的祖先的推断成分。 显然,东北族群孟加拉人,阿萨姆人和奥里亚人与东亚人有亲戚关系。 这不仅是远古的东欧亚血统,被假设为“南印第安祖先” 赖希等。。 在条形图中,南印度人群体(我已从图中切除)没有显示出汉族人中祖先量子优势的相同水平的升高。 实际上 赖希等。 该论文还报道了印度东北部某些蒙达语族群中有东方祖先元素的证据。 这是有理由的,因为Munda是该公司的南亚分支机构 南亚大家庭 东南亚。 但是其中大部分可能也是较新的,因为像阿萨姆邦的阿洪(Ahom)和孟加拉国的查克玛(Chakma)这样的团体最近似乎是从缅甸赶来的。

因此,我们看到基因确实在南亚的边缘流动,并流入南亚的边缘。 然而西藏似乎很奇怪。 为什么? 因为适应。 像水一样,在这种情况下,基因似乎倾向于下坡而不是向上流动,其原因很可能是大喜马拉雅山山坡上低地和高地种群之间的适​​应性差异。 中的新论文 PNAS 通过研究与低氧相关基因座相关的印度人,藏人和世界各地人群的遗传变异来探讨这一问题。 EGLN1 通过对阿育吠陀中定义的极端体质类型的遗传分析揭示参与高海拔适应:

已经认识到,在正常对照中与疾病易感性相对应的亚组的鉴定很可能导致更有效的预测标记物发现。 我们以前使用过的阿育吠陀概念 物质自然,这与正常人的表型差异有关,包括对外部环境的反应以及对疾病的易感性,以探讨三种不同的分子之间的分子差异。 物质自然 类型: Vata,Pitta和Kapha。 EGLN1 是251个之间差异表达基因中的一个。 物质自然 类型。 在本研究中,我们报告了高海拔适应与常见变化rs479200(C / T)和rs480902(T / C)之间的联系。 EGLN1 基因。 此外,rs479200的TT基因型在 卡法 的类型,并与更高的表达相关 EGLN1与高海拔肺水肿患者有关,而在 八色鸫 在高海拔地区的人中几乎不存在。 人类基因组多样性专家小组(HuGDP-CEPH)Humain(HGDP-CEPH)和印度基因组变异研究小组的分析表明,高海拔地区的不同遗传谱系具有rs480902中相同的祖先等位基因(T),在XNUMX 八色鸫 并与全球高度呈正相关(P<0.001),包括印度。 从而, EGLN1 多态性与高海拔适应性相关,在高地居民中罕见的基因型,但在阿育吠陀可辨别的正常低地人群的亚组中过分表达,可能使高海拔肺水肿的风险增加。

该论文本身是对先前工作的后续尝试,该工作试图看是否对内部的宪法分类有一定的了解。 阿育吠陀医学。 像中药一样,这是非西方传统,具有不同的哲学渊源和公理(盖伦医学可能是类似的)。 但是从理论上讲,所有医学传统都可以抗击疾病,因此他们的目标是统一的,困扰着人体的疾病。 因此,人们可能会认为,事实上,任何具有经验基础的长期医学传统都具有某种意义,因为人类生物学是 相对 不变的它是 相对的 就本文而言,该条款是有意义的, 因为作者证明了印度草药的分类似乎与最近的高原适应遗传证据相符! 他们特别发现,似乎对缺氧形式的高海拔暴露产生负面反应的特定的印度草药类人群往往是特定的携带者。 EGLN1 基因型。

在这一点上,我将观察到,由于我对阿育吠陀知之甚少,因此我不会详细介绍或解决该问题。 该文件是“开放获取”,因此您可以自己阅读。 因此,让我们转向遗传学。 EGLN1 您现在应该已经熟悉了。 在过去的一年中,它反复出现 研究 高海拔 适应。 这是一个似乎是选择目标的场所 安第斯山脉和西藏的人民。 此外,它具有一个独特的方面,即祖传变种(在非洲境内最常见的变种)似乎是非洲以外的高度适应选择的目标。

下面的幻灯片是本文主要数字的概述。


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我们从中得到什么呢? 好吧,我认为需要强调的一个方面是遗传背景很重要,我们还有很多不知道的地方。 在结论中,作者指出,我在上文中提到的海拔适应论文在撰写手稿时并未发表,因此它们并不依赖于反复出现的有力证据,证明 EGLN1 一直是自然选择的目标,并且场所的变化与适应更高海拔的变化相关。 本文中人口的广泛覆盖似乎几乎掩盖了重点。 非洲到底与这有什么关系? 另外,必须始终记住,一个给定的标记在一个基因上显示了一个 相关 不需要功能上的因果关系。 我们看到了 标记 这似乎预示着欧洲祖先蓝眼睛的几率; 结果表明,标记本身只是与另一个SNP密切相关,而SNP可能是表型差异背后的真正功能根源。

由于复制 EGLN1 在安第斯山脉和西藏人中,我都确信该基因的变异确实与高海拔适应有关。 我很好奇的是,在许多情况下祖先等位基因似乎在频率上升高。 非非洲人的遗传背景和所讨论的SNP之间是否存在相互作用,从而有利于海拔适应? 随着人口迁离非洲并在高海拔地区重新猛击,其功能是否最初有所放松? 南亚人口之间似乎确实存在相关性 缺氧和高原 以及特定的变体 EGLN1。 仅关注该区域,我们可以得出一些合理的推论,但是从更大的角度来看并涵盖整个世界,我们将面临更加混乱,也许更有趣的情况。

回到关于在藏族人的基因上缺乏南亚烙印的特定问题,我认为这可以归因于人类是动物这一事实,因此我们受到地理和生物学的束缚。 藏人可以在低海拔地区有效地开展活动,因此在这些地区与南亚人混在一起。 相比之下,南亚人无法在更高的海拔上活动,因此对藏人的影响纯粹是文化因素,而不是遗传因素。 从更广泛的意义上讲,这也可能表明长期的地缘政治影响:汉族在西藏的人口控制始终将是水流向山顶的问题。 当然,除非我们足够充实地充实这些特征的遗传结构,以使中国政府确切地知道1.2亿汉族人口中的哪个个体最有生物学上的意愿来居住在西藏自治区,以便能够主动招募他们来定居。拉萨和其他战略要地。

引文: Shilpi Aggarwal,Sapna Negi,Pankaj Jha,Prashant K.Singh,Tsering Stobdan,MA Qadar Pasha,Saurabh Ghosh,Anurag Agrawal,印度基因组变异联合会,Bhavana Prasher和Mitali Mukerji(2010)。 通过对阿育吠陀PNAS中定义的极端体质类型进行基因分析,揭示了EGLN1参与高海拔适应: 10.1073 / pnas.1006108107

图片来源:Wikimedia Commons

 

我说 昨天 当我阅读这篇论文时,我会说更多有关藏人最近在高海拔地区迅速适应的新论文。 好吧,我已经读过了。 50个人类外显子组的测序揭示了对高海拔地区的适应性:

青藏高原的居民表现出对极端海拔高度的遗传适应。 我们对藏族的50个外显子组进行了测序,涵盖了92%的人类基因的编码序列,平均每个人覆盖18倍。 已鉴定出显示出特定于人群的等位基因频率变化的基因,这些基因代表高度适应性的强候选者。 自然选择的最强信号来自内皮Per-Arnt-Sim(PAS)域蛋白1(EPAS1),这是一种参与对缺氧反应的转录因子。 EPAS1的一个单核苷酸多态性(SNP)显示藏族和汉族样本之间的频率差异为78%,代表了迄今为止在任何人类基因上观察到的最快等位基因频率变化。 SNP与红细胞丰度的关联支持了EPAS1在适应缺氧中的作用。 因此,一项人口基因组调查显示,在遗传适应高海拔地区中,一个功能上很重要的基因座。

外显子只是基因组中蛋白质的编码部分。 因此,他们表面上专注于功能相关的单核苷酸多态性(SNP)。 大约一个半月前 关于西藏高原适应的类似论文 发表于 科学 (我也贴了),但它们的方法有所不同。 该小组正在研究一组可能候选的基因,即候选基因,因此在解释高海拔地区的藏族和非藏族表型方面具有重要的功能。 第二篇论文采用了一种更加自下而上的方法,对藏族和汉族的基因组进行了扫描,并试图突出显示出种群之间存在很大差异的区域,而这些差异远远超出了从总基因组遗传距离中可以推测出的范围。

关于最后一点……时间的安排已经引起了考古学家的重大问题。 补充说明比新闻报道更详细地说明了细节,因此,下面是图2:


蒂班

看起来您需要更好地了解该模型,您必须阅读引用的论文,但我不确定这是否能满足考古学家的要求。 他们确实使用了大量中性标记,因此我不太担心他们的数据集存在偏差。 一些人对人口数量感到困惑,但是这个值在 人口遗传背景 可能会违反直觉,尤其是从长期来看(赋予低值的权重远大于赋予高值的权重)。 当您考虑小的创办人群体的大规模人口增长,以及在人口中长期保持生殖价值偏向时(例如,给定世代中的一些男性比其他通过一夫多妻制)。 藏族人较高的N可能是由于人口更稳定而形成的,那里人口众多,子代各异,生殖价值更公平。 换句话说,有效的人口规模是一个统计数据,将许多进化史结合在一起,而不是衡量人口普查规模的简单方法(藏人也可能是各种古代群体的混合物,在高地避难,而汉族是农业的较早采用者的后代,人口在人口上有所扩展;因此,他们在人口通道的两端。

在本文的其余部分中,相差不到3,000年的时间很重要,因此我认为其他工作人员将来最好复制他们的发现。 图1非常引人注目,所以让我们跳到它:

提布汉2

该图表仅显示了藏族和汉族的SNP频率。 两者之间显然是相关的,如对角线所示。 阴影表示在给定位置的SNP数量的密度。 看一下右下角,您会看到很多纸张都围绕着这个基因, EPAS1. 对于SNP而言,这是一个巨大的异常,藏人和汉人的差异很大。 对于寻找可能促使适应更高海拔的基因而言,这一点很重要。 如果您没有不同的基因,那么您就不会有不同的特征。 如果藏族和汉族在约3,000年前发生分歧,那么这些适应性变化可能是最近的,并且将通过等位基因频率的快速变化而出现(尽管他们观察到这可能是由于站立的变异引起的)。 研究人员没有去寻找 EPAS1 因此,它来寻找他们。 它有什么作用? 从文字:

EPAS1也称为缺氧诱导因子2 {alpha}(HIF-2 {alpha})。 HIF转录因子家族由两个亚基组成,具有三个交替的{alpha}亚基(HIF-1 {alpha},HIF-2 {alpha} / EPAS1,HIF-3 {alpha}),它们与由ARNT或ARNT2。 HIF-1 {α}和EPAS1各自作用于一组独特的调控靶点…并且EPAS1的较窄表达谱包括成年和胎儿肺,胎盘和血管内皮细胞…EPAS1中的蛋白质稳定突变与红细胞增多症相关…提示EPAS1与红细胞生产的调节之间存在联系。

接下来,他们深入探讨了 EPAS1 文献及其当前样本中的变体:

已经证明了EPAS1上SNP与运动表现之间的关联…我们的数据集包含一组不同的SNP,我们对频率差异最大的SNP进行了关联测试,位于第六外显子的上游。 该SNP的等位基因经过检测是否与血液相关的表型相关,与氧饱和度没有关系。 然而,发现每个村庄的红细胞计数(F检验P = 0.00141)和血红蛋白浓度(F检验P = 0.00131)之间存在显着相关性,两个性状的P值均显着或略有显着性(表S5)。 将EPAS1 SNP与来自48个未连锁SNP的基因型数据进行比较,证实其P值具有很强的异常值(5)(图S4)。

藏族样品中高频的等位基因与较低的红细胞数量和相应的较低的血红蛋白水平相关...由于升高的红细胞生成是对低氧应激的常见反应,因此EPAS1“西藏”等位基因的携带者可能能够维持在高海拔地区为组织提供足够的氧合作用,而无需增加红细胞水平。 因此,此处观察到的血液学差异可能并不代表选择的表型靶标,而可能反映了EPAS1介导的适应低氧条件的副作用。 尽管确切的生理机制尚待发现,但我们的结果表明,选择靶向的等位基因可能赋予了功能性相关的适应性,以适应高海拔的低氧环境。

自然界中存在随机异常,但这似乎太完美了,因为这是两个种群之间等位基因频率的异常值,它们的适应性与上述许多特征有关。

提布汉3好的,所以他们找到了一个异常的SNP。 该基因似乎具有参与与海拔适应有关的功能途径的合理可能性。 但是到目前为止,我们一直在关注藏汉之间的差异。 如果两个族群在大约3,000年前分离,一个人就认为带有SNP的基因具有巨大的F sts,大多数变化可以在组之间进行分配,而不是在组内进行分配,因此它们是受选择驱动的良好候选者。 但是,最好将其与外部团体进行比较。 因此,他们将藏族和汉族与丹麦人进行了比较,丹麦人是丹麦人,他们与东亚聚居区分开,时间回溯了一个数量级(约30,000年)。 接下来,他们从F st 数据(请参阅补充资料)。 基本上,您会得到一个值,该值描述了根据人口史已知的标准化为预期遗传距离的等位基因频率差异。 我从图2中提取了面板B。T=藏族,H =汉族,D =丹麦人。 较小的树表示基因组平均PBS值。 这就是您所期望的,丹麦人占了上风。 随着时间的流逝,由于群体之间的分离,遗传差异逐渐增加。 正如您对遗传相似的人群所期望的那样,汉族和藏族非常接近。 但看看那棵大树, 藏民是外敌一英里! 丹麦人和汉族人之间的区别相差无几 EPAS1 比他们从藏族那里得到的要多。 这似乎与中性随机游走过程可能产生的等位基因频率差异水平存在明显偏差。

EPAS1 并不是他们发现的唯一基因,但它是最重要的基因,它说明了该研究组方法论取向的本质。 筛选基因组,寻找完全出乎意料的东西,然后将注意力集中在毛坯上的奇特钻石上,看看它能告诉您什么。 他们总结出大局:

在这里鉴定出的基因中,最近在安第斯高原上的SNP变异研究中只提到了EGLN1(24)。 这一结果与藏族和安第斯族之间观察到的生理差异是一致的。这表明这些种群在高度适应中采取了截然不同的进化路径。

先前在喜马拉雅人口中研究过的几个基因座在我们的数据集中没有显示出选择的迹象……而EPAS1并不是以前海拔研究的重点。 尽管EPAS1可能在氧气调节途径中发挥重要作用,但该基因是根据自然选择的非候选群体基因组调查确定的,从而说明了进化推断在揭示功能上重要的基因座中的作用。

根据我们的估计,汉族和藏族在2750年前发散并经历了随后的迁徙,看来我们的EPAS1重点SNP经历的频率变化速度甚至比北欧的乳糖酶持久性等位基因要快,后者在整个过程中频率上升大约7500年因此,EPAS1可能代表了人类记录中最强的自然选择实例, 该基因的变异似乎对西藏地区的人类生存和/或繁殖具有重要影响。

自然选择有些随机。 它对同一过程可能采取不同的策略,因为它的搜索算法没有无限的力量。 给定足够的时间和基因流,毫无疑问,适应将均匀化并收敛于理想的最优值,但是给定的时间足够,宇宙将演变为热死。 进化必须永生,因为环境在不断变化。 第二,大标题抢断断言 EPAS1 作为自然选择的最强实例,需要通过以下事实进行模块化:结论是假设特定模型的推论有效而生成的,并且模型可能是错误的。 似乎进化的变化似乎是最近的,我怀疑它们会偏离一个数量级。 但是为了保持乳糖酶的持久性,我们从古代遗迹中提取了遗传物质。 在这种情况下,结论就更加具体了。 在我们从远古的藏民那里获得遗骸并推断出他们的等位基因频率之前,我们可以对选择事件何时开始的置信度存在一定的不对称性。

引文: Yi,X.,Liang,Y.,Huerta-Sanchez,E.,Jin,X.,Cuo,Z.,Pool,J.,Xu,X.,Jiang,H.,Vinckenbosch,N.,Korneliussen,T 。,Zheng H.,Liu,T.,He,W.,Li,K.,Luo,R.,Nie,X.,Wu,H.,Zhao,M.,Cao,H.,Zou,J. 。,Shan,Y.,Li,S.,Yang,Q.,Asan,。,Ni,P.,Tian,G.,Xu,J.,Liu,X.,Jiang,T.,Wu,R. ,周国强,唐敏,秦健,王婷,冯胜,李坚,华桑,。,洛桑,J.,王威,陈,F.,王Y,郑X.,李Z.,边坝Z.,杨G.,王X.,唐S.,高G.,陈Y.,罗Z., Gusang,L.,Cao,Z.,Zhang,Q.,Ouyang,W.,Ren,X.,Liang,H.,Zheng,H.,Huang,Y.,Li,J.,Bolund,L., Kristiansen,K.,Li,Y.,Zhang,Y.,Zhang,X.,Li,R.,Li,S.,Yang,H.,Nielsen,R.,Wang,J.,and Wang,J. (2010)。 对50个人类外显子组的测序揭示了对高海拔科学的适应性,329(5987),75-78 10.1126 / science.1190371

 
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443px-PaldenLhamo尼克·韦德(Nick Wade) 纽约时报 is 报告新论文 会出来的 科学 明天将调查与适应西藏高海拔地区有关的基因的进化。 我有 以前曾在这个主题的遗传学上发表过,显然很有趣。 主要的新发现是 这些改编似乎在最近的藏人中传播了大约3,000年左右。 这是有关遗传架构的相关部分:

北京研究小组分析了人类基因组的3%,其中已知基因位于海拔50英尺的两个村庄的14,000名藏族和来自北京(海拔40英尺)的160名汉人。 许多基因以替代形式存在于种群中。 科学家们发现了大约30个基因,其中汉族罕见的一种基因在藏族中变得很普遍。 最引人注目的例子是9%的汉族但87%的藏族拥有的一种基因的版本。

如此巨大的差异表明,藏族典型的版本受到自然选择的强烈青睐。 换句话说,与拥有不同基因版本的孩子相比,它的主人显然留下了更多的孩子。

该基因被称为缺氧诱导因子2-α,或HIF-2a,藏族人青睐的版本具有较少的红细胞,因此其血液中的血红蛋白也较少。

但是更困惑的问题是时间计时的准确性:

这三份新报告一致认为,自然选择有利于藏人版本的基因。 但是北京基因组研究所的计算表明,藏族和汉族仅在3,000年前就分裂了,这种可能性不太可能被接受。 考古学家认为,青藏高原已经有人居住了至少7,000年,甚至可能长达21,000年。

“从3,000年前的历史,考古或语言记录中我们所知,藏人和汉人的分离简直是站不住脚的,”加州大学默塞德分校的藏族专家Mark Aldenderfer说。

Aldenderfer博士说,可能已经有很多人迁移到青藏高原,并且有间接证据表明,牧民是在大约6,000年前从东北北部进入高原的。 他说,较早的遗传研究发现,藏族人与汉族北方人比中国南部人更相似,并且有一些混杂的,来自中亚的基因。

与考古学家相比,遗传学家对日期的看法更具弹性,如果遗传学家考虑到任何其他种类的证据,则对3,000年前汉藏人口分裂的估计数可能会调整为6,000或更晚。

目前在加州大学伯克利分校的丹麦研究员拉斯穆斯·尼尔森(Rasmus Nielsen)为北京研究进行了统计计算。 他说:“我们对3,000年左右的正确性感到非常有信心。” 但是在后来的一封电子邮件中,他解释说:“我不能自信地排除分歧时间是6,000而不是3,000。”

我还没有看过这篇论文,但是我认为这3,000年的数字是从选择性扫描开始分化与海拔表型相关的遗传结构的角度得出的。 但是这里可能有很大的置信区间,并且先前的估计值已经向上修正(尽管尼尔森是游戏中最好的人之一,而且他听起来也比较自信)。 我不明白为什么人类居住的长度如此重要,人口迁移或被替代。 考古学家简直就是 对人口流动的强烈偏见,并且倾向于在对遗体的解释中看到文化的连续性。 考古学家在第一时间就断定了非常相似的事情。 遗传证据 在伊特鲁里亚人的外来起源上暴露出来。 我认为有很多学术事业都是基于充实青藏高原上社会和文化的文化连续性,而当代藏人是新来者的想法将推翻这一点。

明天论文发表时还要多说。 但 每日科学 有更多详细信息:

尼尔森说,藏族人中广泛分布的突变靠近一个名为EPAS1的基因,该基因是几年前发现的,被称为“超级运动员基因”,因为该基因的某些变体与运动能力的提高有关。 该基因编码一种蛋白质,参与感知氧气水平,并可能平衡有氧代谢和厌氧代谢。

...

尼尔森说:“我们无法区分混合和替代。” “汉族和藏族之间彼此不同,就好像汉族在大约3,000年前完全取代了藏族一样。”

藏族和汉族基因组在大约20,000个基因中的多态性频率方面基本相同,尽管由于藏族和汉族之间的巨大差异而突出了约30个基因。
“我们列出了变化最大的基因,”尼尔森说,“令人着迷的是,冰!在该列表的顶部,是一个变化非常强烈的基因,它与反应有关氧气。”

频率变化最剧烈的SNP,从汉族汉族的9%到藏族的87%,与藏族的红细胞数量减少和血红蛋白水平降低有关。 这种变化发生在一个叫做EPAS1的基因附近,早期的研究表明这种基因涉及调节血液中的血红蛋白,以响应氧水平。 突变可能在调节EPAS1活性的转录因子中。

仅有一个带有这种突变的等位基因的藏族人的血红蛋白浓度与汉族人大致相同,但是带有两个突变的等位基因的藏族人的血红蛋白浓度则明显较低。 但是,它们在血液中的氧气浓度大致相同。 由于某些原因,具有两个突变副本的个体在高海拔地区血液中血红蛋白浓度相对较低时,可以很好地发挥作用。 尼尔森说,这种突变似乎为应对低氧水平提供了另一种先天性机制。

我对此很感兴趣,因为这似乎是隐性地表达了他们所看的特质值。 我想知道杂合子状态下是否还有其他适应性好处,可以使其频率快速增加,从而可以表达纯合子状态下的好处。

图片来源:Wikimedia

 
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443px-PaldenLhamo您可能已经知道,不同的人群对高海拔地区的容忍度也有所不同。 喜马拉雅夏尔巴协作不仅有用,还因为他们具有从其文化中汲取的技能,而实际上由于它们的生物学特性而非常适合于高海拔地区。 此外, 不同 团体似乎已经适应了更高的海拔 独立地,展现出趋同的演化。 但是就生理功能而言,它们并非都是平等的,至少就其在高海拔地区可以承受的解决方案而言。 特别是,西藏人民的适应能力似乎比西藏人民的适应能力强。 安第斯山脉。 优势在于,安第斯解决方案比藏族解决方案更具有蛮力,产生更大的副作用,例如婴儿出生时体重降低(因此死亡率更高,体适能更低)。

今天的安第斯地区以土著人民为主,西班牙语并不是高地的通用语言,因为它是新世界西班牙前殖民地的所有人。 这在很大程度上是生物学的功能; 就像南美洲的低地一样,安第斯人民因疾病而灭亡 第一次接触 (当比萨罗与他的士兵们抵达时,瘟疫正蔓延到印加帝国)。 但是,与低地社会不同,安第斯人站在自然的一边:混血或欧洲血统的人不太适应高海拔地区,没有环境承受能力的妇女的流产率仍然更高。

因此,尽管安第斯适应性相对于西藏适应性较差,但它们肯定总比没有好,并且从某种意义上说,它们非常有利于更高的生殖适应性。 但是,为什么安第斯人会比藏族人适应克鲁斯吉尔人呢? 要考虑的一个变量是时间。 可能是新世界仅在过去约10,000-15,000年内被人类居住,外界机会约为20,000年(如果您相信遗传数据的特定解释,那么您可能不应该这样做) 。 相比之下,现代人类在欧亚大陆的中心地区已有大约30,000年的历史。 通常,当人群处于新的选择性制度之下时,最初的适应会很激烈,并且在功能上有很大的缺点,但是它们比现状要好得多(请记住,适应性是相对的)。 随着时间的推移,遗传修饰掩盖了遗传变化的有害副产物,这些副产物最初是为应对新环境而出现的。 换句话说,选择可以随着时间的流逝完善经典的设计 渔夫感 因为遗传结构会收敛到最适度。*

另一个参数可能是种群内可用的变异,因为选择的力量与遗传变异的数量成正比,所有条件都相同。 新世界各国的人在基因上往往有些同质,这可能是由于他们经历了跨越贝伦吉亚的瓶颈,并且已经从旧世界的终点取样的事实。 一位人类学家曾经告诉过我,亚马逊的部落在建造过程中仍然类似于西伯利亚人。 实际上,很长一段时间以来,同质化种群几乎没有现存的变异,才能使特征值朝着当地的生态最优方向发展(热带美洲印第安人比紧密相关的北方种群更苗条,种群更少,只是相对于其他热带种群而言并不特别) 。 相比之下,欧亚大陆中心的人口由于他们与许多独特的群体( 维吾尔 例如最近有欧洲,南亚和东亚血统的混合人口。

这就是适应差异的理论背景。 转向适应如何具体发挥作用,藏族对高海拔的耐受性生理学的某些方面是神秘的,但一个奇怪的特征是它们实际上的血红蛋白水平低于人们的预期。 安第斯族人群的血红蛋白水平升高,这是预期的“蛮力”反应。 有趣的是,似乎给人更少的进化时间或将其稳定在生理上最不理想的平衡上,对人类来说更容易理解! 大自然通常比我们更具创造力。 相比之下,藏语的适应性更微妙,尽管有趣的是它们升高的硝酸水平可能有助于更好的血液流动。 尽管已观察到该性状的遗传模式,但尚未阐明支撑该性状的遗传机制。 现在有一篇新论文 科学 通过与藏人的邻居进行比较,并查看藏族人口不同基因型的表型,可以鉴定出藏族各种生理怪癖的一些候选基因。 西藏高海拔适应的遗传证据:

藏族人已经在非常高的海拔高度生活了数千年,他们具有独特的生理特征,使他们能够忍受环境低氧。 这些表型显然是适应这种环境的结果,但其遗传基础仍然未知。 我们报告了全基因组扫描,揭示了在几个区域的阳性选择,这些区域包含其产物可能参与高海拔适应的基因。 积极选择的单倍型 EGLN1帕拉 与高地人群独有的血红蛋白表型降低显着相关。 这些基因的鉴定为先前推测的高海拔适应机制​​提供了支持,并阐明了人类缺氧反应途径的复杂性。

这就是他们所做的。 首先,西藏人适应更高的海拔,而中国人和日本人则不适应。 就祖先而言,这三类在遗传学上相对接近,因此关键是在基因组区域中寻找正选择的特征,这些特征已被确定为与途径相关的功能重要性,这些途径可能与调节基因的性状有关。兴趣。 在找到了可能在藏族中但未在低地群体中选择的基因组的潜在区域之后,他们固定了藏族中中等频率的变异,并指出了基因如何追踪性状的变化。

补编中的该图显示了人群在遗传上的关系:

蒂布1

在全球范围内,这三个组非常接近,但它们也不重叠。 我在此演示文稿中遇到的主要问题是中文数据来自HapMap,而它们来自北京。 然后,这具有中国东北的遗传偏斜(我知道住在北京的人可能来自其他地方,但是最近研究中国系统志的工作表明,北京样本在地理上没有多样性),而 藏族人有很多重叠 在中国西部的汉族人口中。 换句话说,如果您从四川或甘肃取样,那么汉族和藏族之间的距离要少得多,如果汉族和藏族之间已经生活了数千年,那么我不会感到惊讶。

蒂布2但是,除了这些系统发育差异问题之外,我们知道,低地群体没有适应西藏人的特色。 为了寻找遗传差异,他们集中研究了247个基因座,其中一些来自HIF途径,这对氧稳态非常重要,另外还有来自 基因本体论 与海拔适应有关的类别。 表1按类别列出了细分。

在基因组的这些区域中,他们执行了两个基于单倍型的测试, 检测自然选择,EHH和iHS。 这两个测试基本上都找到了由于选择性扫掠而减​​少了变异的基因组区域,从而在基因组特定区域的选择具有沿着与有利变异体的原始拷贝相邻的大的中性链段拖动的效果。 EHH旨在检测几乎已经固定的扫掠物,换句话说,经过一轮自然选择后,衍生的变体几乎替代了祖先。 iHS更擅长拾取未导致衍生变体固定的扫描。 论文 人类基因组中最近阳性选择的图谱 更详细地概述了EHH和iHS之间的区别。 他们研究了这三个种群,并希望找到藏族的基因组区域,但是 不能 其他两组则根据EHH和iHS的阳性特征进行自然选择。 他们扫描了超过200 kb的基因组窗口,发现他们的10个候选基因位于藏族人EHH和iHS呈阳性的区域,而其他族群则没有。 由于这些测试确实会产生 误报 他们对240个随机候选基因进行了相同的操作(其中7个基因位于中文和日文呈阳性的区域,因此从候选集中删除了这些基因),得出的EHH和iHS阳性平均命中率为〜2.7和〜一百万次重采样后有1.4个基因(具体来说,这些基因是藏族为阳性,其他族为阴性)。 他们的候选基因集中在海拔相关的生理途径上,EHH产生6个,iHS产生5个(两个测试中一个基因呈阳性,所以总共10个)。 这向他们表明这些不是假阳性,这是由于以下事实:我们知道藏人在生物学上适应了更高的海拔,并且我们期望这些基因比随机的期望更可能与海拔的适应有关,这一事实似乎更加合理。

最后,他们决定研究藏族中中等频率存在的两个等位基因变异的基因, EGLN1帕拉。 该过程很简单,您具有三种基因型,然后查看在31个个体之间,在基因型方面是否存在表型差异。 在这种情况下,您需要查看血红蛋白的浓度,那些适应能力强的人的血红蛋白浓度较低。 图3非常引人注目:

蒂布3

即使样本量很小,基因型效应也会对您产生影响。 这并不奇怪,以前的工作表明这些特征具有很高的遗传性,并且在藏族人群中有所不同。 就血红蛋白水平而言,显然存在性别差异,因此他们进行了回归分析,它说明了这些等位基因的遗传效应有多强:

蒂布4

我的主要问题: 为什么藏族在所有这些时间之后仍然对这些基因有变异? 他们现在不应该很好地适应高海拔吗? 一个平淡无奇的答案可能是藏族人最近与其他人口混合在一起,因此通过混合增加了杂合性。 但是这里有几个在藏族中固定的位点,而不是HapMap中文和日文。 为了使混合成为一个很好的解释,可以假定与藏族人混在一起的族群对于这些基因也将是固定的,但对于中等频率的族群则不是固定的。 这可能是正确的,但似乎仅混合剂就无法解释这种模式。 正如安第斯的例子所表明的,适应高海拔并非易事或简单。 除非有更好的选择出现,否则杂货就足够了。 可能藏人仍在进行筛选,并将在不久的将来继续这样做。 或者,在显示杂合性的基因上可能存在平衡动力学,因此可以防止固定。

无论事实真相如何,这肯定只是开始。 对安第斯人和埃塞俄比亚人的遗传结构进行更深入的研究,它们都有各自独立的适应性,这无疑将为我们提供更多信息。 最后,我想知道这些高海拔适应项目是否具有我们不了解的健身费用,但是居住在印度的藏人可能对此有所了解。

引文: 塔塔姆·西蒙森(Tatum S.Simonson),杨英中(Yingzhong Yang),霍德(Chad D. )。 西藏科学高海拔适应的遗传证据: 10.1126 / science.1189406

*另外,可能是古人类素族在喜马拉雅山居住了将近一百万年。 评估当地有益等位基因适应性渗入的可能性时,欧亚人的尼安德特人混合证据应改变我们的先验。

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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”