杰青最新文章解析人类分子遗传学

　　

生物通报道：来自中科院遗传与发育生物研究所的研究人员通过高密度Y-染色体单倍群及STR genotyping检测了遍布中国境内116个地区和北韩地区的共3826名男性DNA样本，构建了精细的Y-染色体单倍群进化地理分布图谱，并测定了有关单倍型的STR年代。这一研究成果公布在《Mol Biol Evol》等杂志上。

领导这一研究的是遗传与发育生物学研究所发育生物学研究中心马润林研究员，其主要研究动物基因组的结构与功能的关系，包括构建重要动物的细菌人工染色体（BAC）文库及高密度BAC物理图谱，以及利用实验小鼠研究与生殖、发育相关特定基因的功能与调控等。

人类分子遗传学的研究成果支持人类走出非洲（Out of Africa）的学说，即生活在地球上的现代人类均是约5-10万年前走出非洲的史前人类的后裔。Y-染色体单倍群及线粒体SNP研究表明，定居于东亚地区的现代人类，其祖先在离开东非洲后进入阿拉伯半岛，沿印度洋海岸线进入东南亚地区（包括我国云南），后来逐渐向北部内陆地区扩张，即东亚人群迁徙由南到北的“南线”（Southern route）假说。与此同时，还有“北线”（Northern route）假说，即史前人类大约在5-6万年前从北非进入地中海东部地区，然后沿东西走向分别进入中亚和欧洲。

随着研究不断深入，南线学说无法全面解释现有东亚人群南北方的遗传差异，以及北部地区检测到的属于中亚和欧洲地区的遗传信号。对于“北线”假说是否成立，以及中亚及欧洲遗传信号是否仅仅由于近期（而非史前）基因交流的结果，在之前缺少有力证据支持。

在这篇文章中，研究人员通过高密度Y-染色体单倍群及STR genotyping检测了遍布中国境内116个地区和北韩地区的共3826名男性DNA样本，构建了精细的Y-染色体单倍群进化地理分布图谱，并测定了有关单倍型的STR年代。

研究表明，东亚人群中存在4个主要Y-单倍群占检测人数约93%，支持南线学说。重要的是，研究发现东亚确实存在中亚和西部欧亚的遗传输入（约7%）。对这些单倍群分别进行系统地理发育分析发现，它们基本都表现出沿北线的末次冰川期后的人群扩张。尤其是Y染色体单倍群Q的一个亚分支Q1a1-M120，推测是史前人群沿北线迁移，途径东亚北部留下的最好痕迹。Y染色体单倍群Q分布在东欧、北欧、高加索、西亚、南亚、中亚、西伯利亚、美洲和东亚，但Q的分支Q1a1-M120局限性地分布在东亚，主要是东亚北方人群，并且表现出了最高的多态性。另外，美洲的Q来源人群（Q1a3a）的祖先单倍群Q1a3*在东亚北部也有检出。单倍群Q1a1-M120和Q1a3*-M346来源的个体表现出的共祖时间分别是1.54和1.78万年。这些证据很好地支持了史前人群走北线的迁移方式，并且正是这种北线对东亚的人口输入，加大了东亚南北方人群的遗传差异。

这项研究清楚回答了前期研究中难以解释的东亚人群中存在的中亚及欧洲遗传成分问题，提供了史前人类沿北线迁徙的重要证据。该研究所揭示的东亚Y染色体群体遗传结构，也有助于医学遗传学的研究。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Extended Y-chromosome investigation suggests post-Glacial migrations of modern humans into East Asia via the northern route.
Zhong H, Shi H, Qi XB, Duan ZY, Tan PP, Jin L, Su B, Ma RZ.

Center for Developmental Biology, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing, PR China.

Abstract
Genetic diversity data, from Y chromosome and mitochondrial DNA as well as recent genome-wide autosomal SNPs, suggested that mainland Southeast Asia was the major geographic source of East Asian populations. However, these studies also detected Central-South Asia- and/or West Eurasia-related genetic components in East Asia, implying either recent population admixture or ancient migrations via the proposed northern route. To trace the time period and geographic source of these Central-South Asia- and West Eurasia-related genetic components, we sampled 3,826 males (116 populations from China and one population from South Korea) and performed high-resolution genotyping according to the well-resolved Y-chromosome phylogeny. Our data, in combination with the published East Asian Y-haplogroup data, show that there are four dominant haplogroups (accounting for 92.87% of the East Asian Y chromosomes), O-M175, D-M174, C-M130 (not including C5-M356) and N-M231, in both southern and northern East Asian populations, which is consistent with the proposed southern route of modern human origin in East Asia. However, there are other haplogroups (6.79% in total) (E-SRY4064, C5-M356, G-M201, H-M69, I-M170, J-P209, L-M20, Q-M242, R-M207 and T-M70) detected primarily in northern East Asian populations, and were identified as Central-South Asian and/or West Eurasian origin based on the phylogeographic analysis. In particular, evidence of geographic distribution and Y-STR diversity indicate that haplogroup Q-M242 (the ancestral haplogroup of the native American-specific haplogroup Q1a3a-M3) and R-M207 probably migrated into East Asia via the northern route. The age estimation of Y-STR variation within haplogroups suggests the existence of post-Glacial (∼18 thousand years ago, kya) migrations via the northern route as well as recent (∼3 kya) population admixture. We propose that although the Paleolithic migrations via the southern route played a major role in modern human settlement in East Asia, there are ancient contributions, though limited, from western Eurasia which partly explain the genetic divergence between current southern and northern East Asian populations.


作者简介：

马润林博士, 研究员。
E-MAIL:[e-mail]

1982 年获石河子大学学士学位
1987年获美国明尼苏达大学硕士学位
1991年获堪萨斯州立大学博士学位
1992-1996在伊利诺依大学做分子遗传学博士后研究
1997起任伊利诺依大学兽医学院研究助理教授，后任辛辛拉提大学医学院研究助理教授
1998年入选中国科学院"****"
2001年获得国家杰出青年基金。

研究方向

功能基因组学，主要研究动物基因组的结构与功能的关系，包括构建重要动物的细菌人工染色体（BAC）文库及高密度BAC物理图谱；利用实验小鼠研究与生殖、发育相关特定基因的功能与调控，包括利用酵母双杂交技术研究蛋白相互作用及构建目标基因敲除小鼠模型；以及人类自身免疫性疾病的动物模型。
　
1．动物功能基因组学
有效开发一个物种的遗传资源在很大程度上取决于对其基因组结构的深入理解，并具备可以对其中任何基因进行深入研究的实验操作材料。在国家杰出青年基金的支持下，我们成功地构建了我国第一个细毛羊全基因组细菌人工染色体（BAC）文库。这是目前世界范围内仅有的三个绵羊BAC文库之一。 经严格检测，所构建BAC文库的库容量达到20万BAC克隆，克隆的平均DNA插入片段长度达到13万碱基（133kb），文库克隆的总碱基数达到绵羊全基因组DNA （约30亿碱基）的8.5倍。检查近400个BAC克隆，空载率小于3%。这些克隆已经PACK在近500块384孔板内供长期保存。这项工作为我国在重要经济动物全基因组高密度物理图谱这个基因组研究的关键领域做出有原创性的突破奠定了坚实基础。目前我们正通过杂交筛选、酶切和排列位于绵羊第20号染色体主要组织相容复合体（MHC）区段的BAC克隆，绘制该区段及临近染色体区域的BAC高密度物理图谱。

2．胚胎必须母源性因子基因MATER的功能研究
MATER是一个受精卵正常发育所必须的母源性抗原因子，我们先前的合作研究发现MATER与小鼠自身免疫性卵巢退化（AOD）有关。同时他人的研究发现缺失MATER使受精卵的发育停滞在二细胞期。我们进一步研究发现该基因在转录过程中有选择性剪切现象，形成多个mRNA转录本。这些转录本均在转录表达水平上经过RT－PCR及转录剪切体特异引物PCR扩增所证实，但是对它们在受精卵发育中的确切功能一无所知。结构预测显示MATER蛋白在结构具有Transcription Factor的特征，我们目前正通过Northern、Western、酵母双杂交、卵母细胞培养、免疫组化等技术研究MATER基因及选择性剪切体的确切功能与调控。

3．小鼠目标基因敲除模型
孕妇早产是造成婴儿体弱多病和死亡的主要因素之一，给家庭和社会造成种种问题和负担。但由于分娩过程在分子生物学水平的确切机制至今不明，国内外临床缺乏有效而没有副作用的调控早产药物。我们利用DNA微阵列技术研究大鼠8800多基因的表达谱时发现，约有50％基因的mRNA在大鼠妊娠的中后期至分娩前后在子宫平滑肌里表达，其中有一些是结构和功能完全未知的新基因，揭示这些新基因表达特征及功能对从分子水平上阐明分娩的确切机制有重要的意义。目前我们正深入调查部分所选基因的结构和组织特异时空表达特征，在此基础上设计和构建目标基因的小鼠敲除模型，以求揭示这些基因在分娩过程中的地位和作用，为寻找特异和有效的妊娠干预靶标分子以及预防早产奠定基础。。