人类历史上,遗传多样性骤减事件比想象的频繁

【字体: 时间:2022年06月27日 来源:PLoS Genetics

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  由文化或地理隔离或种群崩溃引起的奠基事件会减少遗传多样性,并可能通过近亲繁殖导致隐性疾病的高流行。对人类近代史上人口瓶颈的首次全面研究表明,它们是普遍的:4000多个当代和古代个体的基因组所代表的所有种群中,超过一半遭受了创始人事件。仔细观察这些人群可能会发现与疾病有关的基因变异。

  
   

Founder events in recent human history    

根据当代和古代的DNA,加州大学伯克利分校的研究人员估计了世界各地数百个群体和整个近代人类历史的人口瓶颈发生的时间。这些颜色表明瓶颈或奠基者事件比DNA被测序的个体早了几代。


几千年来,人类人口不断增减,一些文化爆发并迁移到新地区或新大陆,另一些则下降到如此低的数量,以至于其遗传多样性急剧下降。在一些小群体中,近亲繁殖导致曾经罕见的遗传病变得普遍,尽管它们会产生有害影响。


一项对4000多个古代和当代人类基因组的新分析表明,这种“创始人事件”在我们的历史上是多么常见。创始人活动是指少数祖传个体产生了很大一部分人口,这通常是因为战争、饥荒或疾病大幅减少了人口,但也因为地理隔离(例如在岛屿上)或文化习俗,如德系犹太人或阿米什人。

在这些个体所代表的460个群体中,有一半以上在过去的某个地方经历过人口瓶颈,这降低了他们的遗传多样性,并可能增加了隐性遗传疾病的发病率。

这项由加州大学伯克利分校人口遗传学家进行的分析,首次全面审视了人类历史上近10000年来广泛人群中的创始人事件,并确定了这些事件发生的时间。

据作者称,这些发现不仅对追踪世界各地人口流动和混合的考古学家和历史学家有用,而且对研究人类基因变异的科学家和医生也有用。近交群体的遗传疾病帮助科学家在人类基因组中发现了许多致病突变,并发现了许多遗传和遗传疾病的原因。

加州大学伯克利分校分子和细胞生物学助理教授普里亚·穆尔贾尼(Priya Moorjani)说:“基因组数据非常强大,因为它不仅告诉我们我们来自哪里,还告诉我们在不同时间尺度上的历史,你可以看到不同个体之间的密切关系。但同时,它也告诉我们一些在功能上很重要并能导致疾病的DNA片段。因此,从生物医学角度研究它们变得非常重要。”

样本中以个体为代表的许多人群与德系犹太人的近亲繁殖程度要高得多,一些科学家估计,大约1000年前,德系犹太人的数量曾一度减少到不到几千人。印度洋安达曼群岛的一个群体Onge,经历了比德系犹太人极端10倍的人口瓶颈,今天它的人数只有大约100人。

研究人员发现,来自大洋洲和南亚的许多美洲土著人口和群体也遭遇了严重的人口瓶颈。一些事件与已知的历史事件相吻合——例如,拉帕努伊(复活节岛)的居民在大约260年前经历了一次创始事件,这与欧洲人向该岛的迁移相吻合。

另一些则与已知的人类进入某一地区的运动以及不断变化的文物和习俗密切相关。例如,大约4000年至10000年前,安纳托利亚农民和欧亚草原牧民迁入欧洲,这些群体与现有的欧洲狩猎采集者混杂在一起。

Moorjani说:“第一个令人惊讶的是,我们调查的群体中有一半以上有创始人事件的证据。所以,不仅仅是德系犹太人或芬兰人有着独特的历史,今天生活的许多人都有着强烈的创始人事件——事实上,比这两个群体更强烈的创始人事件,比如当代南亚群体、狩猎采集者或岛上居民。其中许多群体对于优先考虑功能研究非常重要。我们已经了解到关于德系犹太人和芬兰人等群体的遗传变异,如果我们能将这些研究扩展到世界各地的其他人群中,那么发现的可能性真的很大。”

在最近的另一篇论文中,Moorjani和她的同事描述了一个不同的基因组学分析程序,该程序分析单个个体的基因组,无论是完整的还是部分的,并估计随着时间的推移其他群体的混合量。研究人员利用名为DATES(进化信号的祖先束分布)的程序,分析了大约1100个古代基因组,并重建了大约公元前10000年以来欧洲的主要基因流事件。

一个令人惊讶的发现是,生活在今天土耳其的安纳托利亚农民的基因组显示,早在安纳托利亚农业出现之前,伊朗新石器时代农民的基因就已经混合在一起了。这表明农业并不像许多考古学家所说的那样起源于安纳托利亚。

她说:“我们有没有伊朗血统的安纳托利亚狩猎采集者样本和有伊朗血统的安纳托利亚早期农民样本,但我们不知道这种混合是何时发生的。在我们的案例中,我们实际上能够找出这个群体形成的关键时间点,它早于该地区的农业。基于这一点,我们能够判断农业一定是通过文化传播传播的,而不是起源于安纳托利亚。”

另一个发现是青铜时代草原牧民形成的时间。青铜时代,这些群体在遗传和人口方面对欧亚大陆产生了巨大影响,根据一些研究,这些群体对印欧语言的传播负有责任。考古学研究表明,从公元前3300年到2600年,这些群体居住在今天的俄罗斯和乌克兰的大草原地区。利用基因测年法,研究人员发现这些群体的基因形成于公元前4400年至4000年之间,比之前的发现早了5000多年。

该论文第一作者、加州大学伯克利分校博士后Manjusha Chintalapati表示:“我们的研究强调了确定人口混合和形成年代的能力,而不仅仅是使用时间抽样和跟踪古代样本中是否存在特定祖先,这在很大程度上取决于抽样选择和密度。”

Moorjani计划利用ASCEND和DATES来仔细研究许多古代人群,尤其是印度的人群,这些人群具有强烈的创始事件,表明可能存在许多未被认识的隐性疾病,这些疾病可能有助于减轻群体中的疾病负担,并揭示人类基因的基本功能。

她说:“在我们的分析中,我们发现64%的南亚人口有非常强烈的创始人事件,因此我们正试图在这些群体中进行有针对性的样本收集,以描述创始人事件导致的一些有害变体。”

例如,DATES表明,南亚的每个孤立人口都有当地土著狩猎采集者、近东农民和草原牧民或牧民的混合物,但比例不同,数百代人都保持不变。引人注目的是,大多数欧洲人口的祖先也来自类似的三个群体,尽管在最初的混合后,这三个群体继续自由地相互混合。

Moorjani说:“在伯克利做这项工作真的很令人兴奋,艾伦·威尔逊的实验室在那里提出了分子钟的想法,并继续利用基因组数据来了解不同进化事件的时间,”艾伦·威尔逊是已故生物化学家和分子进化先驱,他于1991年去世。

Reconstructing the history of founder events using genome-wide patterns of allele sharing across individuals

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