七年磨劍，揭示非洲人群演化歷程與適應性進化

　　現代人類起源于非洲，相比于其他大陸，現代人類在非洲居住時間最長，并且在遷徙，融合和對環境適應性進化過程中形成了超過3000個民族和2100種語言。目前非洲人群不僅具有世界上最豐富的遺傳多樣性和表型多樣性，且現代人類近1/3的語言都在非洲。

　　然而，目前的遺傳學和基因組學研究中，只有不到3%的樣本來自非洲。研究非洲人群遺傳多樣性，不僅能加深我們對現代人類起源、早期遺傳結構及適應性進化的理解，也為健康和診斷研究提供豐富的新遺傳信息。

　　復旦大學與賓夕法尼亞大學一支國際科學團隊歷時7年，對極具代表性的12個非洲群體進行全基因組測序分析，揭示了非洲人群的復雜演化歷程與對環境的適應性進化。3月3日，相關研究以封面文章形式在線發表于《細胞》。

　　部分群體遺傳多態性低

　　基于人類參考基因組，研究人員發現3200萬個單核苷酸多態性位點（SNP），其中約530萬個位點是在之前沒有發現的。這些新發現的突變廣泛的存在于增強子、啟動子以及轉錄因子結合位點等基因組功能區域。

　　研究發現，12個非洲民族（這些民族地理分布廣泛，以種植農業、打獵收集和游牧等不同方式為生，且涵蓋非洲四個主要的語系）的平均SNP個數和遺傳多態性（遺傳多樣性）均具有顯著的差異。以打獵和收集為生的桑人和熱帶雨林小矮人的SNP數量和遺傳多態性最高，而另一些等民族的遺傳多態性則最低。

　　“大量非洲外人群的基因滲入，以及嚴重的群體瓶頸是造成部分非洲人群體遺傳多態性低的主要原因。”該論文第一作者、復旦大學生命科學學院和人類表型組研究院研究員樊少華說，“例如，生活在坦桑尼亞的Hadza和埃塞俄比亞的Chabu群體，人口數量已經少于1000人。”

　　發現“最早分歧”

　　研究中，科學家利用鄰近距離法對本研究中的12個民族，和來自“千人基因組計劃”的歐洲人群（CEU）、北方漢族人群（CHB）、托斯卡納人群（TSI）以及來自“西蒙斯基因組多態性研究計劃”中的巴布亞人群(Papuan)進行了系統計劃分析，結果顯示現代桑人的遺傳學祖先是現代人類最早發生分歧的一支，隨后發生分歧的是熱帶雨林小矮人的祖先。現代桑人和小矮人祖先的早期分歧的現象也被主成分分析（PCA）和ADMIXTURE（種群結構分析）所支持。

　　研究發現，不同民族在系統進化樹的聚類模式與他們目前所處的地理環境顯著相關，這說明地理環境是制約不同民族間基因交流的重要因素。

　　當然，由于存在基因交流和遺傳重組等因素的影響，上述鄰近距離法、主成分分析和ADMIXTURE無法用來構建現代人類早期遺傳結構。而當科學家將這些因素全部納入到復雜模型中進行計算分析時卻進一步發現：現代桑人和小矮人的共同祖先，而不是現代桑人的祖先，是現代人類最早分歧的一支。

　　“由此我們推斷，現代人類的分歧發生在28萬年前，這與之前的考古和基于古DNA檢測推斷的時間一致。”樊少華說。

　　同時，科學家們利用PCA和ADMIXTURE分析，在坦桑尼亞目前使用Kheosan語的兩個族群基因組中，發現了桑人相關的祖源成分。雖然僅有南部非洲的桑人以及東非坦桑尼亞的族群說這種語言，但本項研究利用PCA分析，將全球之前已發表的來自不同地區的55個古非洲人樣本投射到現代非洲人樣本中后發現，大量的來自不同地區的古非洲人樣本投射位于桑人和東非的這兩個人群之間。

　　該結果提示，Khoesan語系在非洲的地域分布曾經很廣，遍及整個非洲, 但可能受到班圖大遷徙的影響，目前說Koesan語的古非洲人群大都滅絕了。

　　全面繪制進化圖譜

　　研究中，科學家結合正選擇分析算法、功能基因組學手段及大規模全基因組關聯分析，對12個非洲民族特異的適應性進化進行研究,全面繪制了非洲人群適應性進化圖譜。

　　膚色多樣性是現代人類對于不同維度地區適應性進化的一個重要標志。桑人是非洲人群中膚色最淺的民族，但是研究對于桑人淺膚色的遺傳學基礎仍然缺乏了解。

　　利用功能基因組學等方法，本研究發現一個基因內部增強子的突變（rs77665059-C）是影響桑人淺膚色的決定性因素。該增強子僅在黑色素細胞中特異活躍，如果沉默該增強子會降低該基因表達量和黑色素和合成。進一步研究發現，rs77665059-C在桑人部分人群中頻率超過了80%；但是在其它非洲（平均頻率14%）和非洲外民族中（平均頻率3%）頻率卻非常低。研究人員發現，rs77665059-C突變導致該基因增強子在黑色素瘤細胞系中活性降低，由此與桑人的淺膚色表型顯著相關，這為桑人淺膚色進化研究提出了新的遺傳學解釋。

　　相關論文信息： https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.01.042