Y染色体揭示早期人类进入东亚和东亚人群特征形成过程.pdf

r 染色体揭 後旦次学 院 专 姓 系 业 名 指导教师 完成日期 生命科学学院 人类生物学 蔡晓云 金力教披 2 0 09 年10 月18e l 征形成过程 j11j 11 i 导 指导小组成员 复旦大学生命科学院 现代人类学教育部重点实验室 200 9 硝鼬一 t q j 寸 善 鬟 目录 摘要 i a b s t r a c t i i i 绪言 1 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 3 1 分子人类学与现代人的起源 3 1 1 分子人类学 3 1 1 1 分子人类学的概述 3 1 1 2 分子人类学的研究对象 4 1 1 2 1 蛋白质 5 1 1 2 2d n a 5 1 2 2 1 常染色体d n a 5 1 1 2 2 2 线粒体d n a 6 1 1 2 2 3y 染色体d n a 6 1 1 3 分子人类学研究的意义 7 1 2 现代人的起源 7 2y 染色体遗传标记研究的概述 1 0 2 1 双等位基因标记 1 1 2 1 1 双等位基因 1 1 2 1 2y 染色体单倍群的构建 1 1 2 1 3y 染色体主要单倍群的分布和研究进展 1 2 2 2 多等位基因标记 1 7 2 2 1 卫星d n a 1 7 2 2 2 小卫星d n a 1 7 2 2 3 微卫星d n a 1 7 2 3y s n p s 和y s t r s 联合使用在人类学研究中的作用 1 8 3 从y 染色体及相关角度来看东亚现代人的起源与迁徙 9 3 1 东亚现代人群起源与迁徙研究所涉及的相关问题 2 0 3 1 1 考古学和古人类学 2 0 3 1 2 气候学 2 1 3 1 3 语言学 2 3 3 1 4 东亚人群y 染色体谱系的分布 2 5 3 2 对于从y 染色体角度阐述东亚现代人起源与迁徙主要问题的概述 2 6 3 2 1 东亚现代人群也是非洲起源么 2 6 3 2 2 东亚现代入迁徙路线简介 2 7 3 2 3 东亚主要y 染色体单倍群的迁徙路线 2 8 3 2 4 本研究涉及的主要东亚族群的研究进展 3 1 3 2 4 1 孟高棉族群 3 1 3 2 4 2 苗瑶族群 3 2 3 2 4 3 汉藏族群 3 2 3 2 4 4 侗台族群 3 3 参考文献 3 4 第二章y 染色体遗传标记的研究方法 j 4 9 1 样品d n a 的准备 4 9 2 y s n p 基因型检测 4 9 2 1y 染色体标记的序列信息 i 4 9 2 2y 染色体多态位点的分型方法的进展 5 5 2 2 1p c r 产物直接琼脂糖凝胶电泳检测法 5 5 2 2 2 限制性酶切片段长度多态性检测法 r f l p 5 6 2 2 2 1l o n g p c r 5 6 2 2 2 2n e s t p c r 及后续酶切检测 j 5 8 2 2 3 荧光引物p c r 毛细管电泳检测法 6 3 复旦大学博士学位论文 2 2 4t a q m a n 探针基因分型法 6 5 2 2 5s n a p s h o t 分型方法 6 6 3y s t r 基因型检测 j 6 9 4 常用数据分析软件简介 7 0 4 1s p s s 7 0 4 2n e t w o r k 7 0 4 3s u r f e r 7 1 4 4a d m i x 7 l 4 5a r l e q u i n 7 1 参考文献 7 2 章y 染色体谱系揭示由东南亚到东亚的单向朝北基因流 7 4 1 前言 7 4 2 材料与方法 7 6 2 1 群体样本 7 6 2 2 基因分型 7 6 2 3 统计分析方法 7 7 3 结果 7 8 3 1y 染色体s n p 单倍群分布 7 8 3 2 相关群体的聚类分析 7 9 3 3 单倍群0 3 a 3 b m 7 0 2 a m 9 5 及0 3 a 3 c l m 1 1 7 的地理分布 8 0 3 4 单倍群0 3 a 3 b m 7 0 2 a m 9 5 和0 3 a 3 c l m 1 1 7 的网络图分析 8 3 3 5 对关键单倍群的时间估计 8 8 4 讨论 8 9 4 1 苗瑶族群的孟高棉起源 8 9 4 2 东亚入口处的北向通道 9 0 参考文献 9 6 第四章中南半岛侗台族群父系的多重起源 1 0 0 l 前言 1 0 0 2 材料与方法 1 0 2 2 1 群体样本 1 0 2 2 2 基因分型 1 0 2 2 3 统计分析方法 1 0 2 3 结果 1 0 4 3 1s n p 单倍群多样性 1 0 4 3 2 混合分析 1 0 6 3 3 主成分分析 1 0 7 3 4 单倍群o l a m 1 1 9 0 2 a m 9 5 0 3 一m 1 2 2 的y s t r 多态性 1 0 8 4 讨论 1 1 2 5 补充说明 1 1 5 参考文献 1 1 6 第五章东亚入口处群体y 染色体遗传结构研究的述评与展望 1 1 9 1 中南半岛 重要性的延续 1 1 9 1 1 研究区域的整体性 大中南半岛 1 1 9 1 2 中南半岛地区人群研究的焦点区域 1 2 0 1 3 族邦起源的本土情节 1 2 1 2 末次冰期结束时的单向北上迁徙 1 2 2 3 其他相关研究的展望 1 2 3 参考文献 1 2 4 附录 1 2 6 攻读学位期间取得的主要成绩 1 2 7 致谢 1 2 9 复旦大学博士学位论文 摘要 摘要 人类自诞生以来 从未停止过对自身的探索 现代人类的起源问题 也总能 引起人们的探索热情和无休止的争论 在分子人类学的研究中 对基因组研究的 深入 为人类进化的探索注入了新的活力 尤其是对人类y 染色体非重组区上突 变位点的研究推动了遗传物质在进化领域的研究 得以父系遗传结构角度构建系 统发生树 来分析群体中的各种结构关系 从而阐明世界各地不同人群之间的系 统演化关系 并以此来与各种其它领域的人类学研究结果综合判断群体的系统发 生历史 尽管东亚人群的起源仍存在争议 对东亚及周边人群的分子人类学研究发现 绝大多数东亚的y 染色体世系是来源于东南亚的 然而 对于被认为是东亚人祖 先群体的东南亚人群的研究 却是寥寥 因此 对从东南亚到东亚迁徙的设想及 其对东亚人群遗传结构形成的影响需要进一步的了解 在该研究中对主要分布在 东南亚并延伸至东亚的孟高棉族群和苗瑶族群的4 7 个人群的1 6 5 2 个个体的y 染色体数据进行了分析 几乎仅在这两个族群中分布的单倍群0 3 a 3 b m 7 显示出 该两大组群深厚的联系 根据s t r 绘制的单倍群0 3 a 3 b m 7 网络结构图显示出很 明显的分层结构 孟高棉族群个体的单倍型位于中心 入口处 苗瑶和藏缅族群 个体的单倍型分布在远离入口的地方 此外 尽管单倍群0 3 a 3 c l m 1 1 7 不像0 3 a 3 b 那样特殊 但也显示出同0 3 a 3 b m 7 类似的网络结构 这表明 携带该两种单倍 群的早期现代人从东南亚向东亚迁徙的过程是缓慢而平稳的 伴随着很多小型的 瓶颈效应 因而导致了这种从东南亚到东亚的单向扩散格局 通过时间估算 单 倍群0 3 a 3 b m 7 的年龄约为1 5 3 0 0 年 而0 3 a 3 c l m l1 7 的年龄则要更老在2 0 0 0 0 年左右 他们都见证了苗瑶世系的祖先从孟高棉祖先族群中分化出来 并且单向 往北迁徙到东亚 而中南半岛侗台族群的起源 则是我们研究中关注的另一个问题 包含泰和 佬人民的侗台族群在中南半岛上人口为数最多 侗台族群不像孟高棉族群那样被 认为是中南半岛的土著 而是从北面迁徙而来 然而它的文化和人群起源尚有争 议 在我们的研究中 主要通过比较中南半岛侗台族群和中国侗台以及孟高棉族 群的y 染色体多样性 以期揭示中南半岛侗台族群的起源 我们一共检测了来自 老挝人民民族共和国九个侗台族群y 染色体非重组区域的二十个单核苷酸多态 位点 s n p s 和十七个短片段重复多态 s t r s 主成分分析和网络结构图的构 建都显示 中南半岛侗台族群中很少的y 染色体世系 仅有单倍群o l a 是来自 中国侗台族群的 而绝大多数父系世系都是源自孟高棉族群 因此我们得出这样 复旦大学博士学位论文 i 摘要 的结论 中国侗台族群中有限的一小部分人将侗台文化从中国带到了中南半岛 随后同化了很多土著的孟高棉人 j 关键词 y 染色体 单倍群 短片段重复 孟高棉 苗瑶 侗台 东亚 中南 半岛一 中图分类号 q 9 8 6 复旦大学博士学位论文 i i a b s t r a c t a b s t r a c t s i n c et h en a i s s a n c eo fh u m a n k i n d t h e r ei se n d l e s sw o r kt op r o b ei n t ot h es e l v e so f t h e i ro w r l e s p e c i a l l yt h eo r i g i n o fm o d e r nh u m a nw h i c hc a na l w a y sa r o u s et h e e n t h u s i a s mo fe x p l o r a t i o na n di n c e s s a n tc o n t r o v e r s y i nt h e s t u d i e so fm o l e c u l a r a n t h r o p o l o g y i n d e p t hs t u d yo fg e n o m ei n j e c t e dn e wv i t a l i t yi n t ot h es e a r c ho nt h e e v o l u t i o no fh u m a nb e i n g s t h ee v o l u t i o n a r ys t u d yo fg e n e sw a si m p e l l e db yt h e r e s e a r c ho nt h ev a r i a t i o n so ft h en o n r e c o m b i n i n gp o r t i o no ft h ey c h r o m o s o m e n r y t h u st h ep h y l o g e n e t i ct r e ec a nb ec o n s t r u c t e df r o mt h eg e n e t i ca s p e c t so f p a t e r n a ls t r u c t u r e t oa n a l y z e t h es t r u c t u r e sa n dr e l a t i o n s h i p s a m o n gp o p u l a t i o n s e l u c i d a t i n gt h ep h y l o g e n e t i cr e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ep o p u l a t i o n sa l lo v e rt h ew o r l d w h i c hi su s e dt or e c o n s t r u c tt h ep h y l o g e n e s i so fp o p u l a t i o n sc o m b i n e dw i t ht h e r e s u l t sf r o mo t h e ra n t h r o p o l o g i cf i e l d s t h o u g ht h eo r i g i no fe a s ta s i a n si ss t i l lc o n t r o v e r s i a l ar a p i da c c u m u l a t i o no f m o l e c u l a ra n t h r o p o l o g i c a ls t u d i e so ft h ep o p u l a t i o n si na n da r o u n de a s ta s i ar e s u l t e d i nt h ed i s c o v e r yt h a tm o s to ft h eyc h r o m o s o m el i n e a g e so fe a s ta s i a n sc a m ef r o m s o u t h e a s ta s i a h o w e v e r l i t t l ei n v e s t i g a t i o nh a sb e e nc o n d u c t e do nt h es o u t h e a s t a s i a np o p u l a t i o n sw h i c ha r es u p p o s e d l yt h ea n c e s t r a lp o p u l a t i o n so fe a s ta s i a n s t h e r e f o r e t h es u p p o s e dm i g r a t i o n sf r o ms o u t h e a s ta s i ai n t oe a s ta s i aa n dt h e i rr o l e s i ns h a p i n gg e n e t i cs t r u c t u r eo fe a s ta s i a np o p u l a t i o n sa r ey e tt ob eu n d e r s t o o d h e r e w ep r e s e n tt h eyc h r o m o s o m ed a t ao f1 6 5 2i n d i v i d u a l sf r o m4 7p o p u l a t i o n so f m o n k h m e r m k a n dh m o n g m i e n h m w h i c hd i s t r i b u t ep r i m a r i l ya c r o s s s o u t h e a s ta s i aa n de x t e n di n t oe a s ta s i a h a p l o g r o u p0 3 a 3 b m 7w h i c hc a l lo n l yb e f o u n di nt h e s et w og r o u p si n d i c a t e sas t r o n gt i eb e t w e e nt h e m t h es h o r tt a n d e m r e p e a t s t r n e t w o r ko f 0 3 a 3 b m 7d i s p l a y e da h i e r a r c h i c a le x p a n s i o ns t r u c t u r e w i t h t h em o n k h m e rh a p l o t y p e si nt h ec e n t e r e n t r a n c e t h eh m o n g m i e na n dt h e t i b e t o b u r m a nh a p l o t y p e sd i s t r i b u t e d f u r t h e ra w a yf r o mt h ee n t r a n c e m o r e o v e r h a p l o g r o u p0 3 a 3 c l m 117s h o w st h es i m i l a rn e t w o r ks t r u c t u r ea s0 3 a 3 b m 7t h o u g h t h ed i s t r i b u t i o no f0 3 a 3 cli sn o ta ss p e c i f i ca s0 3 a 3 b t h e s ep a t t e r n si n d i c a t ea u n i d i r e c t i o n a ld i f f u s i o nf r o ms o u t h e a s ta s i ai n t oe a s ta s i a w h i c hm i g h th a v e r e s u l t e df r o mt h es l o wa n de v e nm i g r a t i o no fe a r l ym o d e r nh u m a n s c a r r y i n gt h e s e t w oh a p l o g r o u p sf r o ms o u t h e a s ta s i at oe a s ta s i ab ym a n ys m a l lb o t t l e 一n e c ke f f e c t s t h ea g eo f0 3 a 3 b m 7w a se s t i m a t e dt ob ea p p r o x i m a t e l y15 3 0 0y e a r sw h i l et h a to f 复旦大学博士学位论文 i i i a b s t r a c t 0 3 a 3 cl m 117i sab i to l d e ra r o u n d2 0 0 0 0y e a r s f o l l o w e db yt h ee m e r g e n c eo ft h e a n c e s t o r so fr i ml i i l e a g e so u to fm ka n dt h eu n i d i r e c t i o n a ln o r t h w a r dm i g r a t i o n si n t o e a s ta s i a t h eo r i g i no f p e n i n s u l a rd a i ci sa n o t h e rf o c u so f a t t e m i o nf o ru st os t u d y t h ed a i c e t h n i cg r o u pi n c l u d i n gt h a ia n dl a op e o p l eh a st h el a r g e s tp o p u l a t i o ni nt h e i n d o c h i n ap e n i n s u l a n o tl i k et h em o n k h m e rn a t i v et ot h ep e n i n s u l a t h ed a i c p o p u l a t i o n sw e r ec o n s i d e r e dt ob em i g r a n t sf r o mt h en o r t h h o w e v e r t h eo r i g i no f i t s c u l t u r ea n dp o p u l a t i o nr e m a i n sc o n t r o v e r s i a l i nt h i ss t u d y w ec o m p a r e dt h ey c h r o m o s o m ed i v e r s i t yo f t h ep e n i n s u l a rd a i ct ot h o s eo f c h i n e s ed a i ca n dt h e m o n k h m e r p o p u l a t i o n st or e v e a lt h eo r i g i no f t h ep e n i n s u l a rd a i cp o p u l a t i o n s w e t y p e dt w e n t ys i n g l en u c l e o t i d ep o l y m o r p h i s m s s n p s a n ds e v e n t e e ns h o r t t a n d e m r e p e a t s s t r s i nt h en o n r e c o m b i n i n gr e g i o no f yc h r o m o s o m e ss a m p l e df r o mn i n e d a i cp o p u l a t i o n s 丘o mt h er e p u b l i co f l a o p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i sa n d n e t w o r kc o n s t r u c t i o ns h o w e dt h a tv e r yf e wy h n e a g e s h a p l o g r o u po lao n l y o f t h ep e n i n s u l a rd a i cc a m ef r o mt h ec h i n e s ed a i c b u tm o s to f t h eo t h e rp a t r i l i n e a l l i n e a g e so r i g i n a t e di nt h em o n k h m e rp e o p l e t h e r e f o r e w ed e m o n s t r a t e dt h a tt h e d a i cc u l t u r em a yh a v eb e e nc a r r i e db yf i n i t ep e o p l e 丘o mt h ed a i cp o p u l a t i o n si n c h i n at ot h ei n d o c h i n ap e n i n s u l aa n ds u b s e q u e n t l ya s s i m i l a t e dm a n yn a t i v e m o n k h m e r p e o p l e k e y w o r d s y c h r o m o s o m e h a p l o g r o u p s h o r tt a n d e mr e p e a t s t r m o n k h m e r h m o n g m i e n d a i c e a s ta s i a i n d o c h i n ap e n i n s u l a c l cc o d e q 9 8 6 复旦大学博士学位论文 i v 绪言 厶k 士 珀百 人从何处来 往何处去 一直以来都是人们不停探索的问题 对于人类起源 迁徙和演化的奥秘更是令诸多科学研究者花费毕生心血潜心研究 随着科学技术的进步 在人类进化领域使用遗传物质追溯人类的起源与进 化 不断地推动着人类对自身的认识产生极大的飞跃 在人类起源和进化研究中 y 染色体由于其父系遗传和非重组等特性在揭示父系谱系方面发挥着重要的作 用 同时y 染色体依赖其两种高效的遗传分析标记叫一s n p y 染色体单核苷 酸多态性 以及y s t r y 染色体短片段重复多态 的完美结合 使研究不同地 域和时间范围内的人类进化成为可能 东亚在人类进化研究中占据着重要的地位 是因为这里曾出土过大量具有相 当连续性的古人类化石 如今 该地区的重要地位越发凸显 在现代人 多地区 起源说 和 单地区起源说 的纷争中 成为了一个非常关键的环节 虽然当地 的考古学证据曾经几乎都偏向于支持 多地区起源 的假说 但近年来对考古证 据的重新认识以及更为直接的遗传学证据却越来越反映出 单地区起源说 的正 确性来 相关领域的科学家对东亚地区人群y 染色体非重组区段的研究明确支持 了现代东亚人群的非洲起源 他们提出现代人在1 8 0 0 0 6 0 0 0 0 年前从东亚南部 进入东亚地区 随后分别向南 向北扩散 然而 详细的迁徙路线依然有待研究 对y 染色体世系进行更为详尽细致的探索 并在研究中辅以考古学 古人类 学 体质人类学 历史学以及语言学等方面的信息 在了解东亚地区现代人类起 源中往往会起到事半功倍的效果 例如化石和其他各类遗迹的存在可以提供事实 的证据 而语言学证据经常被作为民族分类的一个重要指标 在我们的进一步研究中 扩充了中南半岛 特别是老挝的样本 中南半岛地 处太平洋与印度洋之间 同时又是亚洲大陆和太平洋群岛及澳洲大陆的连接地 带 特别是位于人类从非洲到东亚的迁徙路途中 其在人类进化迁徙研究中的地 位十分重要 该地区的绝大多数民族与中国南方的少数民族有着密切的渊源关 系 因此在研究这个地区的民族和语言的历史以及民族分布和文化演进时 学界 往往把东亚南部地区看成一个整体进行研究分析 广义的文化意义上的东亚地区 包括地理学上的东亚和东南亚 复旦大学博士学位论文1 绪言 本论文主要分析讨论了2 2 个苗瑶群体 2 5 个孟高棉群体 9 个老挝侗台群 体 2 5 个中国侗台群体 2 3 个汉藏群体以及一些相关群体的y 染色体d n a 多态 性 全文共分为五章 第一章主要介绍分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起 源迁徙问题中的研究进展 第二章则主要介绍了研究中所用到的多态位点 实验 方法的进展及分析方法 在第三章中 我们通过有特殊意义的y 染色体单倍群对 东亚入口处的群体 主要是苗瑶群体和孟高棉群体 进行分析 并结合y s t r 数 据构建的网络结构图 来考察人群进入东亚时的迁徙信息 第四章则把观察点移 向了中南半岛上的侗台族群 通过分析中国侗台族群 中南半岛侗台族群以及孟 高棉族群的y 染色体d n a 多态来探索中南半岛侗台族群的来源 第五章则对前面几 章的研究内容进行了评述 并提出了展望 复旦大学博士学位论文 2 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在 现代人起源迁徙问题中的研究进展 1 1 分子人类学与现代人的起源 1 1 分子人类学 1 1 1 1 分子人类学的概述 人类学 a n t h r o p o l o g y 是 f l 形成比较晚的科学 人类学的概念虽然早在 1 6 世纪就已出现在学术界 但直到1 9 世纪中叶才作为一门独立的科学 在欧洲成 型 作为专门研究 人的科学 从哲学体系和生物学体系中分离出来 英美国家的学者认为 人类学是一个研究领域比较广泛 全面的学科群 它 既是关于人体结构的学说也是关于过去和现在的各民族 各部落的文化与习俗的 学说 这应该说是一个广义的人类学涵义 中国一些学者综合各方的见解对人类 学进行了这样的定义 人类学是一门以人类自身及其文化为对象 研究人类本身 的起源和发展 以及人类所创造的物质文化和精神文化的起源和发展规律的综合 性交叉科学 并主张将人类学分为体质人类学和文化人类学两个大的方面 凡是 研究人类自然属性的称为体质人类学或称自然人类学 凡是研究人类社会属性的 称为文化人类学或称社会人类学口 1 1 9 世纪中叶是人类学发展并形成为一门独立学科的最重要的时期 这一时期 殖民主义者企图用人种多元论的虚假证据来支持黑色人种与动物之间更接近的 观点 从而使他们贩卖黑奴的理由更充分 另外 有一些国家其内部不同民族之 间的矛盾也凸现出来并且日益激化 因此 研究人种的分类 人种的起源 人种 的迁徙和演变 以及世界各地不同种族与文化的差异等问题就成为这些发达国家 的某些人的兴趣所在 他们对人种问题表现出极大的关注 促使 人种学 的研 究达到了一个高潮嗡川 与此同时 人类化石也不断被发现 人类起源和人种学的研究成为当时人类 学研究的主要课题 而体质测量和数据统计则是其重要的研究手段和方法 至此 体质人类学是人类学体系中最早开始发展起来的 体质人类学 p h y s i c a la n t h r o p o l o g y 是将人类作为一个生物种 研究其体 复旦大学博士学位论文3 分子人类学借助分子生物学的研究方法 其主要的方法是比较蛋白质或 d n a 序列 复旦大学博士学位论文 4 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 1 1 2 1 蛋白质 分子人类学的研究方法在其发展的早期 二十世纪初叶开始 由于受到针 对核酸研究的分子生物学实验技术和有关数据库探索和构建局限性的影响 蛋白 质成为了当时分子人类学研究中的主要载体 从赖克特和布朗发现血红蛋白序列的差异直接关联着被研究物种之间亲缘 关系的远近开始n 引 分子人类学一步步地阐述了人类和类人猿及猴子的关系 研 究者们通过分析比较现在的人和非洲猿类的氨基酸序列相似性程度 确定出了它 们在结构上的差别程度 由于这种差别是突变的结果 会随着时间而增加 即人 和猿的物种分离的时间愈久 则积累突变的次数愈多 即所谓的分子钟 研究人 员利用更精确的蛋白质免疫学实验 并引用化石证据推算了现代人和古猿由共同 祖先分化形成独立物种的年代 推算人类进化的时间 以此来揭示人类进化发展 的规律 因而这些成果对于探索人类起源问题发挥了重要的推动作用n 4 1 7 刊 不 过还有很多人类学家怀疑分子钟的存在 因为通过其估算的年代与考古学化石同 位素衰减较准确时间不同脚3 可见 通过蛋白序列对年代进行估算确实是一个难 题 受到群体遗传模型 氨基酸突变等多种因素的影响汹3 1 1 2 2d n a 2 0 世纪8 0 年代以后 随着p c r p o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n 聚合酶链式反 应 等分子生物学实验技术的创立 众多学者将分子人类学的研究目光投向了直 接带有生物遗传信息的d n a 分子 特别是线粒体d n a 和y 染色体d n a 因为在它们身 上更能充分体现分子人类学的优势 1 1 2 2 1 常染色体d n a 人类有2 3 对染色体 其中2 2 对为常染色体 常染色体遗传标记可用于世界范 围的人群遗传结构研究 但常染色体中d n a 多态性来源除了突变外 还有可能来 自减数分裂中的重组 因此在一定程度上不能完全忠实地反映进化过程中的突变 事件 但是由于常染色体上的s n p 位点可以达到很高的密度 相邻位点等位基因 构成的单倍型也可以提供更多的信息 因而具有很高的分析价值 重组事件在常 染色体研究中是一个重要的内容 从我们的近期研究结果来看 重组率在人群之 间还是有相当的差异 这必然会对遗传结构造成影响 不过当遗传标记达到足够 密度 精细的重组频率可以得到估计噜 因而随着全基因组扫描的兴起和相关分 析方法的升级 常染色体势必可以在分子人类学的各领域发挥其应有的作用 复旦大学博士学位论文s 渗漏发生重组汹川 但是这种重组是否能够遗传 动物界是否广泛存在线粒体d n a 重组的结论还没有得到证实啪 3 在研究中 y 染色体d n a 还具有很多相对于线粒体d n a 的优势 首先 个体发 复旦大学博士学位论文 6 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 育源于一个受精卵 理论上同一个体所有的线粒体d n a 序列应该是一致的 但实 际却发现有少数同一个体的线粒体d n a 碱基序列并不完全相同 这种同一个体线 粒体d n a 出现两种或两种以上碱基序列的现象称为异质性 h e t e r o p l a s m y 3 2 3s 而 这种异质性又恰恰是影响线粒体d n a 多态性的重要因素 1 但由于y 染色体是通过 父系传递且存在于每个细胞中 因此y 染色体多态性不受异质性的影响 其次 y 染色体的基因组大小约为线粒体d n a 的4 0 0 0 倍 因此比线粒体d n a 包含更多的信息 1 并且y 染色体d n a 多态中单核苷酸多态 s n p s 的突变率比线粒体d n a 的突变率 要低 而微卫星 s t r s 的突变率与之相比则较高m 删 因而可以用来剖析不同时 间尺度的历史 再者 y 染色体d n a 的变异比常染色体和线粒体d n a 的变异更具有 明显的地域聚集性瑚1 以上的这些特征 使得y 染色体尤其适用于研究涉及到不 同地域的迁徙问题 1 1 3 分子人类学研究的意义 分子人类学作为现代分子生物学和人类学的交叉学科 利用人类的分子遗 传信息来分析人类起源 民族演化 古代社会文化结构等多方面多层次的问 题 因此 分子人类学研究的相关成果 对相关学科的研究具有重要意义 一是 可以以生命遗传的科学结论 进一步印证或否定语言 考古 历史等的相关研究 成果 使相互之间的研究成果建立在更加科学的基础之上 相辅相成 二是通过 生命遗传科学的结论 证明人类在生命遗传特征上是相互交融的 表面上共同文 化特征的族群 可能由不同遗传特征的群体组成 实质上具有共同遗传因子的族 群 可能并不具有共同的文化特征 其成果以无可辩驳的科学结论 否定了种 族主义和民族主义泛滥的思想基础旧1 此外 对家谱调查 法医工作以及疾病表 型关联的医学研究有很大的意义及指导作用 不过 分子人类学在我们此次研究中的首要任务 就是根据基因序列的 特定相似或相异处判断不同人群的基因类别 以及是否发源自同一个地方 这就得以帮助人类学家跟踪迁徙和定居的模式 去发现现代人类如何形成和 发展的 分子人类学的相关理论和方法无疑会为科学解释现代人的起源问题提 供更精细准确的参考尺度 1 2 现代人的起源 人类自诞生以来 经历了漫长的进化演变历程 现存人类产生 分化和演变 的奥秘 尤为值得我们去探究 复旦大学博士学位论文7 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 关于现代人 晚期智人 的起源 人类学界进行过很长时间的争论和探索 这 一问题也是当今人类学研究领域中争论最为激烈的问题之一 现代人 m o d e r n h o m os a p i e n s 在分类学上被称为 晚期智人修 l a t eh o m os a p i e n s 或称 新人丹 是指解剖结构上的现代人类 即我们自己 而这个争论从一开始就聚 焦在古人类化石上 长期以来 关于现代人起源问题的争论一直主要存在着两种观点 图1 2 一种观点是 多地区起源说 t h e o r yo fm u l t i r e g i o n a le v o l u t i o n 或称 直 接演化说 系统说 该名词最早1 9 8 0 年由密西根大学教授沃波夫 m i l f o r d h w o l p o f f 所使用 该观点认为 现代人是由当地的直立人 早期智人直接演 化发展而来的 各人种在很久以前即已分歧 各自平行发展 演化成现代世界各 地区不同种族类型的人 例如亚洲蒙古人种是由亚洲的爪哇猿人和北京猿人 等直立人 经过大荔人和马坝人等早期智人阶段 直系演化发展成柳江人和山顶 洞人等晚期智人 再发展到现代的亚洲蒙古人种池 在这个观点的基础上衍生出 来一些新的二元论观点 主要集中在 多地区起源并存在广泛的基因交流 上 现代人主要是由生活于欧洲 非洲 亚洲及大洋洲的当地直立人直接演化发展而 来 但各地区的人群之间存在着广泛的基因交流心1 图1 2 现代人起源的几种假说 i 多地区起源假说 非洲起源假说 多地区起源并存在广泛的基因交流 非洲起源假说不捧除当地独立起 源的贡献 非洲起源说 o u t o f a f r i c at h e o r y 或 单一地区起源说 也称 入侵说 迁徙说 或 替代说 自上个世纪八十年代末提出 该观点认 复旦大学博士学位论文 8 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 为 具有现代解剖学特征的现代人类 晚期智人 最早出现在非洲 随后向世界各 地扩散并取代了当地的直立人和早期智人 成为目前生活在世界各地的现代人的 直接祖先 非洲以外地区的早期现代人类应具有古代非洲人的特征 来自非洲的 现代人在向世界各地扩散的过程中几乎没有与当地的居民发生融合或基因交流 非洲以外的现代人与当地的直立人或早期智人之间不存在遗传上的继承关系 由 早期智人向现代人转变的过渡类型只存在于非洲m 1 在其基础上也衍生出来一些 新的二元论观点 大致有 非洲起源假说不排除当地独立起源的贡献一 主要观 点是现代人主要起源于非洲 但原来生活在欧洲 非洲 亚洲及大洋洲的直立人 也留下了少部分后裔 并与新移民发生了基因上的混合池3 对人类d n a 的研究 越来越倾向于印证 非洲起源说 这样的观点 1 9 8 7 年 卡恩 r e b e c c ac a n n 等人运用母系遗传的线粒体d n a 多态性研究 提出了著 名的 夏娃假说 来支持 非洲起源说 图1 3 现代人类的共同祖先是2 0 万年前生活在非洲的一名妇女 研究人员将其命名为夏娃 大约在1 0 1 5 万年 前 夏娃的后裔走出非洲并扩散到世界各地 在这一扩散过程中他们完全取代了 当地的原始人类 完全取代意味着夏娃的后裔与当地人群之间的杂交即使存在的 话 其影响程度也只是无穷小的 4 4 o 但是 由于线粒体的特殊性质 突变过 快且长度太短 使得它提供的信息量很有限 而且其在群体间的分布格局较乱 以及当时技术手段的局限 因此通过线粒体d n a 提出的假说在考古学及古生物学 界引起轩然大波的同时 也遭受了许多争议 图1 3 根据线粒体d n a 数据描绘的 个可能的单地起源局面嘲 复旦大学博士学位论文9 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 随着分子遗传学技术的不断成熟 产生了更多可以用来追溯人群起源迁徙过 程及时间的遗传标记 其中最突出的就是y 染色体非重组区段 n r y 2 0 0 1 年 昂德希尔 p e t e ra u n d e r h i l l 等研究人员通过对该遗传标记的深入细分研究 绘制出了y 染色体单倍型系统发生树来显示群体的亲缘关系 并提出了 亚当假 说 通过系统树 我们可以很清晰的看到 人类从非洲人群中分出欧洲和亚洲 人群 美洲和澳洲人群又起源于亚洲人群 1 对其他几个研究已发表数据的系统 进化分析发现 绝大多数基因位点都有着非洲起源 从而支持了线粒体d n a 和y 染色体d n a 的结论 一1 虽然诸多遗传学证据支持非洲起源假说 但对最终揭示现代人类起源和迁移 的问题 仍需要许多化石方面的确凿证据来支持 以解决考古学和古人类学方面 的质疑 因而 多地区起源说 中的焦点 古人类化石 也对 非洲起源说 起着举足轻重的作用 从1 9 9 7 年起 研究人员就从尼安德特人 h o m on e a n d e r t h a l e n s l s 化石中 成功地提取了线粒体d n a 片段 并将其作为模板进行p c r 扩增和测序 他们将同 全世界现代人的线粒体d n a 进行比较之后 认为尼安德特人与现代欧洲人没有直 接的继承关系 早在3 7 万年前两者就已经分离 因此尼人只是现代人的旁系远 亲而非直系祖先 从而支持了现代人非洲起源的假说晦1 侧 而埴原恒彦 t h a n i h a r a 对人类颅骨非连续性形态特征进行研究 其目的 本不是检验多地区起源说和单一地区起源说的正确与否 而是强调离散型头颅性 状提供生物距离与遗传和其他形态学分析发现的相似 但该研究的结果显著表明 亚撒哈拉非洲人和其他区域群体之间有着显著区域差异 且也与群体大小的区域 差异模型和基因流速率一致畸7 刮 在后来发表于 自然 杂志上的人类颅骨测量 学研究一文中 通过系统地研究全世界4 6 6 6 个古人类头骨 更是明确指出 我 们发现了非洲起源的证据 源于表型测量数据群体内多样性最高的大陆中南部 我们没有发现二次起源 这在大量的遗传数据中得到印证陋1 一 由此可见 依托于人类d n a 研究的分子人类学在人类获知自身起源并且发展 认识日渐系统清晰化的进程中 起到了举足轻重的作用 分子人类学 自它诞生 起就显示出惊世骇俗的力量 它不仅让 非洲起源说 的面目变得清晰可信 分 子人类学家甚至凭借它找到了非洲的亚当和夏娃 2y 染色体遗传标记研究的概述 正如前一节中所提到的 y 染色体具有如此这些独特的特征 使得它尤其适 合用于研究涉及到不同地域的人群迁徙问题 更能用来揭示男性的迁徙历史 在y 染色体的非重组区中 研究者们发现了许多特殊的多态位点 这些多态 复旦大学博士学位论文 1 0 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 位点总体上可分为两类 一类是低突变率的双等位基因 代表是单核苷酸多态性 位点 s i n g l en u c l e o t i d ep o l y m o r p h i s m s s n p s 还有一类是高突变率的多 等位基因 它又包括卫星 小卫星和微卫星 其中微卫星又被称为短片段重复序 列 s h o r tt a n d e mr e p e a t s s t r s 酬0 2 1 双等位基因标记 2 1 1 双等位基因 双等位基因的突变主要包括碱基替换 插入 a l u 插入 l i n e 插入 和缺失 等 主要特征是突变率非常低 很少发生再次突变 因此只存在两个等位基因 被称为双等位基因 b i a l l e l i cm a r k e r s 双等位基因多态也即单核苷酸多态 主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的序列多态性 图1 4 y 染色体上的单核苷酸多态位点组成的遗传标记具有很强的群体特异性 这些突变 大部分按照一定的时间顺序依次发生 能清晰地记录群体的历史 这些特点使y 染色体在重建人类的进化史和研究父系遗传关系方面占有优势啪1 图1 4 单核苷酸多态位点 s n p s 2 1 2y 染色体单倍群的构建 正是因为y 染色体具有了大部分区域都不会发生染色体间等位重组的这一特 性 得以保证子代能完整地继承父代的y 染色体及其上的多态信息而不被重组打 复旦大学博士学位论文1 1 第一章分子人类学尤其是y 染色体d n a 在现代人起源迁徙问题中的研究进展 乱 因而可以通过对不同人群中不同个体的y 染色体多态进行分析 位于一条染色体上或某一区域的一组相关联的等位基因位点被称作单体型 也叫单倍型 h a p l o t y p e 可以通过检测单核苷酸多态