印度人群线粒体 DNA 系统发育基因组学研究

人类线粒体DNA(mtDNA)是一个长度16,569bp 的环状分子，编码13 种蛋白 质、22 种tRNA 和2 种rRNA。由于mtDNA 全基因组信息具有缺乏重组、母系 遗传、高突变速率和相对较高的分辨率等特点，近年来已经成为重建人类历史的 重要工具。这些研究已经证实，mtDNA 最古老的六个单倍型类群，L0-L5，在非 洲特异的出现；而6-7 万年前从L3 衍生出的M 和N 两个超类群最终占领了世界 其他地区。然而，mtDNA 全序列研究在世界上某些特定地区尚是一片空白，其 中之一便是作为人类“走出非洲”的关键区域——印度。 为弥补这一空白，我们从 1200 个印度样品中选择了131 个可以代表所有主 要单倍型类群的个体，进行了全基因组扩增和测序，手工重建并软件验证了系统 发育关系树。我们的结果发现了12 个新的印度特有单倍型类群(N5, R7, R8, R30, R31, M34-M40)，修订了11 个已知特有单倍型类群(N1d, R5, R6, U2a, U2b, U2c, M2, M4, M5, M6, M30)的定义，详细描述了存在于印度的欧洲特有类群(HV, JT, U, N1, W)。 这一工作产生了多个推论。第一个是关于人类“走出非洲”假说长期以来 存在的争论。欧亚大陆和大洋洲mtDNA 在M 和N(包括R)超类群系统发育关系 上星状和不重叠的分布，表明了人类走出非洲是沿着亚洲海岸线(即所谓的“南 方路线”)的一个快速扩散的过程。第二个推论是关于存在于印度的欧洲特有世 系。与典型的欧洲世系相比，这些世系仅仅存在一到两个突变，从而证实了新石 器时代以来来自于近东新月地带或中亚高原的基因流。第三个推论涉及一个早期 的印度全序列研究。仔细分析其数据表明，他们的数据丢失了很多基部的特有突 变并产生了多个幻影突变，从而证实了系统发育思想对检测数据质量的作用。 随着印度人群 mtDNA 全序列研究的完成，人类mtDNA 系统发育的基本框 架得以建立。人类mtDNA 明显地呈现出大洲特异性分布。目前已经有两种假说用来解释这一现象。传统的观点把这一现象归于遗传漂变；而近期的选择假说认 为选择在人类mtDNA 的分化中扮演了极其重要的角色，而气候是主要的选择压 力。为解决这一争论，我们收集了来自南亚、大洋洲和东亚三个具有不同气候的 地区的mtDNA，使用直接计数的办法比较了各个大洲之间同义突变和异义突变 的差异。结果表明，几乎在所有的基因中，异义突变的数量低于同义突变的数量， 从而表明纯净化选择是人类mtDNA 进化中的主要力量。然而，在这三个大洲之 间没有发现显著的差异，表明mtDNA 在这三个区域上所承受的选择压力基本相 同。这一结果表明，气候不大可能是造成人类mtDNA 分化的主要原因。