使用现代人类遗传学研究古代的现象

我们人类是痴迷于确定起源,希望能揭示一个小“我们是谁”的过程。是相对简单的跟踪一个人的家谱几代,也有许多公司和产品提供这样的服务。但是,如果我们想跟踪进一步在进化的时间尺度和研究人类起源进化本身?在这种情况下,没有书面记录和普查。相反,人类进化的研究目前严重依赖化石标本和考古发现。现在,遗传工具和方法经常用于回答进化问题和揭示模式差异,反映不同的选择压力和地理运动。尤其如此,走出非洲的人类迁移的研究,全球人口的差异,及其对人类健康的影响。

人类起源于非洲

当前最好的假说表明在解剖学上现代人类(抗苗勒氏管激素)出现在非洲东部大约200000 YBP(距今)。抗苗勒氏管激素从非洲迁移约100000 - 60000年前在一系列的拍卖品,扩展到欧洲和亚洲之间的60000年和40000年YBP。科学证明,东非是人类的起源,并支持通过考古和基因数据。遗传多样性是东非最大的步进式的方式,减少从赤道反映序列模式创始人人口和瓶颈。图1显示了三个种群遗传多样性下降(由彩色圆圈)从左到右。第一个人口,以最大的遗传多样性,代表非洲。第二次人口迁移所示远离“非洲”带着它的样本现有的遗传多样性。这种形式成立人口在接下来的一系列的迁移。每次人口迁移它代表只有一个样本的遗传变异存在于人口成立,并在这一过程中,连续的移民(例如图1)导致的减少遗传多样性与第一个距离增加人口。

离开非洲,我们从这里去哪里?

虽然人类的起源是公认的位置,有一个缺乏共识在抗苗勒氏管激素的迁徙路线离开非洲和全球扩张。有许多研究使用遗传工具识别可能的迁徙路线,其中一个是最近的《公共科学图书馆·维拉帕·et al(2015)的一篇文章。在这项研究中,研究人员拷贝数变异的全球分布特征,即一个特定基因的拷贝数的变化,通过高分辨率1115人来自12个地理种群的基因分型,识别44109个拷贝数变异基因拷贝数异变。个人决定他们所携带的基因拷贝数异变CNV基因型和所有个体之间通过比较CNV基因型人群,作者决定相似性和种群之间的遗传距离。种群之间的系统发育关系提出了一个全球移民地图(图2),最初的移民从原产地非洲,东亚形成第二次结算,这是类似于人口建立如图1所示。至少五个进一步分支事件发生在第二沉降,形成全球人口。迁徙路线确定了本文主要支持那些已经提出,但特别感兴趣的文章也提出了一个新颖的迁徙路线来自澳大利亚,太平洋彼岸,走向新的世界(蓝色,如图2所示)。

全球移民导致全球变化

抗苗勒氏管激素扩散到全世界,种群分化和遇到新奇的选择性压力,他们必须适应。这反映在表型(或可观测的)变化之间地理上遥远的人口。在基因层面上,这些特征表明积极的选择,这意味着他们可能授予一些优势在特定环境中,因此得到的自然选择和频率增加。引用的例子是全球皮肤颜色的变化,这被认为反映了维生素D的合成与光之间的平衡(图3)。维生素D合成需要紫外线辐射,和维生素D的缺乏会导致佝偻病、骨质疏松症、盆腔异常,和其他疾病的发病率更高。在高纬度地区,紫外线辐射较低或季节性,经历足够的紫外线辐射充足的维生素D的合成是一个主要的问题。据推测,从非洲抗苗勒氏管激素迁移,他们经历了紫外线辐射水平降低,合成维生素D不足,严重的健康问题;导致选择增加维生素D的合成和较轻的皮肤色素沉着。与此一致的是,大量的色素基因潜在的皮肤颜色的变化表明积极的选择在欧洲和亚洲的人口,相对于非洲。另一方面,赤道附近的人群不缺经验紫外线辐射,从而合成足够的维生素D;但是紫外线损伤的风险更大。 Melanin, the molecule determining skin pigmentation, acts as a photoprotective filter, reducing light penetration and damage caused by UV radiation, resulting in greater photoprotection in darkly pigmented skin. Selective pressure to maintain dark pigmentation in regions with high UV radiation is evident by the lack of genetic variation in pigment genes in areas such as Africa. This suggests selection has acted to remove mutation and maintain the function of these genes.

人类进化遗传学和能实际应用在人类健康吗?

除了表型的影响,种群之间的遗传变异对人类健康有着深远的影响。它有一个直接影响一个人的某些条件或疾病的易感性。例如,2型糖尿病在非洲裔美国人更为普遍比欧洲血统的美国人。全基因组关联研究(GWAS)分析常见基因变异在不同个人和评估特定变异是否经常与某些性状或疾病相关。比较疾病有关的变异群体间的分布和数量可以评估如果遗传风险因子基础疾病易感性之间的差距。在2型糖尿病的情况下,非裔美国人携带更多的变异风险比欧洲血统的美国人在基因的位置(位点)与2型糖尿病有关。很明显,一个人的种族影响他们对疾病的易感性和可能反应,因此应考虑人类健康政策。理解连接种群的遗传危险因素和疾病可以识别个人组患某种疾病的风险,为了优先治疗和预防。

应用现代人类遗传学研究古代人类进化开启了一扇门进化现象和模式。这个地区不仅符合淬火渴望了解我们的起源,但深刻地影响人类健康的方式可以改变疾病的治疗和预防。在这个博客中,我给了一个简短的概述如何利用基因方法可以告诉我们很多关于人类起源、迁移和变化之间的人群。此外,我列出了种族和背后的复杂的遗传基础疾病的易感性,这表明种群遗传学的一个重要的角色人类健康政策。这篇文章只涉及一小部分正在进行大量的工作在这个领域,和经常开创性的研究成果。目前还不清楚究竟多远遗传学将我们的理解人类进化,但附近还远未结束。潜在的基因在这一领域和更广泛的感觉无限的,和我一个兴奋的前景。

这个故事是转载的《公共科学图书馆·博客:blogs.plos.org。