研究揭示人类基因组如何发生变化

探索可见的进化

最新的研究揭示了人类基因组在数百年或数十年间是如何变化的。

在大型基因组数据库的帮助下，研究人员可以发现进化的特征，比如英国金发。

资料来源:乔治·科克肖特

许多人认为进化需要数千年或数百万年，但生物学家知道它很快就会发生。现在，由于基因革命，研究人员实际上可以在种群水平上跟踪基因漂移，这标志着进化正在进行，他们正在人类中这样做。最近，在基因组生物学会议上提出的两项研究证实了人类基因组在几个世纪或几十年中是如何变化的，并描述了自罗马时代以来英国人是如何进化得更高更白的，以及吸烟基因在前一代人中的影响在某些人群中是如何变小的。

"能够研究正在进行的选择是一件令人兴奋的事情."美国哥伦比亚大学的进化生物学家莫莉·普热沃斯基说，这些研究显示了人类基因组是如何以一种微妙但有意义的方式对新条件做出快速反应的。"从理解进化的角度来看，它是一个游戏规则的改变者."

进化生物学家长期以来一直关注新突变在产生新特征中的作用。然而，一旦一种新的突变出现，它肯定会在某一特定人群中传播。每个人都携带一个基因的两个拷贝，但是这些拷贝在个体内部和个体之间会有轻微的变化。一个拷贝的突变可能会增加身高，而另一个拷贝或等位基因的突变可能会降低身高。如果变化的环境有利于长高，高个子将会有更多的后代，编码的高个子变体的更多拷贝也会在人群中传播。

借助巨大的基因组数据集，科学家现在可以在很短的时间内追踪等位基因频率的进化变化。斯坦福大学的乔纳森·普里查德和他的博士后同事雅艾尔·菲尔德通过计算每个基因组中可以看到的独特的单碱基变化做到了这一点。这种罕见的单一变化或基因拷贝可能是新的，因为它们没有时间在人群中传播。由于等位基因在传播过程中携带相邻的DNA，相邻DNA的单个拷贝数可以作为粗略的分子时钟来指示等位基因频率变化的速度。

作为英国“万基因组计划”的一部分，普里查德的团队分析了收集的3000个基因组。对于每个基因组中感兴趣的每个等位基因，Field根据附近的单个独特突变密度计算出“单拷贝基因密度分数”。这种方法可以揭示过去100代人或大约200年的选择。

斯坦福大学的研究生娜塔莉·泰利斯、埃文·博伊尔和博士后高子越在等位基因附近发现了相对较少的单拷贝基因，这些基因赋予牛奶葡萄糖耐量，这是一种允许成年人消化牛奶并编码特定免疫系统受体的特性。在英国人口中，这些等位基因显然被高度选择并迅速传播。该团队还发现，在决定金发和蓝眼睛的等位基因附近，单个基因拷贝更少，这表明这些特征在过去2000年间也迅速传播开来。菲尔德在上述会议上的讲话中和在预先打印好的服务器bioRxiv.org上报告了这些发现。一个进化的驱动因素可能是英国灰暗的天空:决定金发的基因也带来更浅的肤色，这使得身体在没有阳光的情况下产生更多的维生素D。或者是受对金发女郎的偏爱所驱使，性别选择一直起着作用。

其他研究人员对这项新技术表示赞赏。"这种方式似乎能探测到更微妙和普遍的选择信号."德国马克斯·普朗克进化人类学研究所进化遗传学家贾译尊·普？什么意思?博说。

普里查德的团队还检测到了由数百个基因而不是一个基因的微小变化控制的特征选择，这是该方法强大的另一个标志。这些特征包括婴儿的身高、头围和女性的臀围，这对分娩至关重要。通过研究单个复制基因的密度，普里查德的团队发现这三个特征的选择发生在近几千年的基因组中。

纽约基因组中心的进化遗传学家约瑟夫·皮克雷尔(Joseph Pickrell)使用了一种不同的策略，将选择放在一个更灵敏的显微镜下，从而在一代人的尺度上检测进化的迹象。他和普热沃斯基仔细研究了60，000名欧洲血统的人和150，000名大规模测序操作“英国生物样本库”的人的基因组。他们想知道遗传变异是否会在不同年龄的个体中改变频率，从而揭示在一两代人中起作用的选择。生物样本库包括相对较少的老年人，但是有关于参与者父母的信息，所以团队成员也研究了父母死亡和孩子等位基因频率之间的联系。

然而，短时间尺度上的选择迹象总是会受到统计波动的“折磨”。然而，p？什么意思?*认为，这两个项目“展示了大规模研究在理解当今社会中决定人类生存和繁衍的因素方面的力量”。(宗华)

《中国科学日报》(2016-05-23，第三版国际版)

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