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四万年前北京人DNA提取测序:首个中国古人类基因组

来源:澎湃新闻网

作者:

2017-10-13 14:51:10

田园洞遗址外观图 受访者供图

零落成泥碾作尘,只有香如故。

数万年前古人类的基因组也可以从化石中提取出来,也可以测序?

国际上最新的古DNA技术,让数万年甚至几十万年前古人类的DNA从人类化石甚至土壤中获得,成为一种可能。

北京房山的田园洞曾出土一具四万年前男性的骨骼化石。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究人员从其富含细菌和真菌DNA污染的化石样品中,通过他们和德国合作团队一同开发的一种特殊的捕获技术,将混杂在大量微生物DNA中极其微量的古人类的DNA筛选出来,并进行了测序。

由此,中国地区古人类的第一个基因组、整个东亚地区最古老的人类基因组诞生。

科学家们对这一难得的基因组数据进行了充分研究,他们将其与世界范围内各种人群的基因组数据等进行了比对。研究最终证实,田园洞人属于古东亚人,但他并非现代东亚人的直接祖先。也就是说,田园洞人这一支系的东亚人没能繁衍至今。

科学家惊讶地发现,四万年前,虽然田园洞人居住在中国北京房山地区,他们却跟来自比利时的古欧洲人有遗传联系。但这并不意味着北京田园洞人拥有欧洲血统。此外,研究人员发现,在美洲土著的各个人群中,美洲的亚马逊人与北京田园洞人的遗传关系最近。

10月13日,该论文在线发表在国际学术期刊《现代生物学》(Current Biology)上,标题为题为“四万年前亚洲人为欧亚早期人群结构提供新洞见”(40,000-Year-Old Individual from Asia Provides Insight into Early Population Structure in Eurasia)。

该研究项目由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹、Melinda Yang、高星、同号文与德国马普进化人类研究所等团队合作完成。

神奇技术可钓取零落在化石中数万年前古人类的DNA

在德国进行研究时,付巧妹与合作者开发了从样品中“钓取”古人类基因组的技术方法,该论文2013年发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上。

12日晚,参与该研究的中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),受到该方法的启示,全球更多研究人员开始尝试钓取,并拼接出不同年代、不同地区的古人类基因组。仅从2015年到2017年下半年,已经有超过6篇关于古人类基因组研究的论文发表在国际顶级学术期刊上,如自然杂志。

在这个神奇的技术中,他们要合成一系列特殊的DNA探针,当作鱼钩,在泥土、化石等样品中钓想要的古人类DNA。

用这样的方法,2013年,付巧妹拼接出古人类田园洞人的第21号染色体。现在,她又钓取并拼接出另外几十条染色体,得到第一个来自中国的古人类的整个基因组。

但付巧妹向澎湃新闻强调,这个钓取并拼接成的基因组,并非完整的基因组。它还缺失了很多基因片段。但这个田园洞人基因组测序数据涵盖了整个基因组上研究人员最感兴趣的群体遗传学基因的位点。所以,更准确地说,这是全基因组水平上的测序数据。

东亚人的祖先另有其人,神秘人群浮现

付巧妹告诉澎湃新闻,虽然田园洞人跟比利时的古欧洲人存在遗传联系,但基因组数据显示,田园洞人不是古欧洲人,而是古东亚人。

通过比较田园洞人和欧洲人的基因组数据,研究人员确定,早在4万年前,田园洞人已呈现亚洲人的遗传特征,从而与欧洲人分道扬镳。

田园洞人骨架图

付巧妹解释说,田园洞人基因组数据是学术界获得的第一个中国的古人类的基因组水平的数据,非常难得。在获得该基因组数据后,研究人员将其与世界上公共数据库中包含各个地区高质量的现代人基因组数据(世界100多个群体)进行了比对,还包括与其他国家的古人类基因组数据进行比对。当与古欧洲人的各个支系比对时,只有来自比利时的古欧洲人“跳了出来”。这意味着,他们二者存在一定的遗传关系,换句话说,他们有一些共同的古老基因。而这些古老基因在其他古欧洲人群中不存在。

一种可能的情形是,早期与田园洞相关的东亚人,曾与一个神秘的未知人群发生过基因交流。这个未知人群可能是从尚未分化的古欧亚人群中的某一亚群演化而来。在未来的研究中,研究人员或将寻找到这一神秘的未知人群。

事实上,早在2013年,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室已经研究了田园洞人的线粒体及其21号染色体。当时研究人员发现,与现代欧洲人相比,田园洞人与现代亚洲人的遗传关系更近,应该是古东亚人群的代表。

但是,2014年,他们发现,此前使用的现代欧洲人样本中混入了产生干扰的古老遗传样本,因此,他们无法确定田园洞人是否已经是古东亚人。目前付巧妹等人的研究已经解决这一问题,他们明确证实,田园洞人属于古东亚人。

但研究人员认为,田园洞人不是现代东亚人的直接祖先。因为一些田园洞人基因组中的古老基因,在现代东亚人基因组却没有发现。因此,东亚人的祖先另有其人,现代东亚人并非田园洞人这一支系繁衍至今。

这些发现为人们研究欧洲人和亚洲人复杂的遗传历史提供了证据。

田园洞人与其他人群关系示意图

北京田园洞人或与美洲亚马逊人起源有关

根据人们目前的认知,人类起源于非洲,然后他们跨越地理障碍,迁移扩散到高加索、西伯利亚、东亚、澳大利亚等地,最后经白令海峡,到达美洲。他们的遗骸、DNA和遗留的石器,成为人们追溯先人演化过程的线索。

田园洞人基因组的测序,对美洲土著人群的演化研究也提供了新的启示。

付巧妹表示,如果美洲土著人群的祖先只有一个,如果当时迁移到美洲就是只有田园洞人支系,那么,现代美洲土著的各个人群,和田园洞人应该有着相似的遗传关系,因为他们的同一祖先是在田园洞人时间之后分化的。

但令人意外的是,基因组数据比对显示,在美洲土著各个人群中,只有亚马逊人与田园洞人的遗传关系最近。付巧妹表示,这意味着,亚马逊人的美洲土著人群或繁衍自未知的古人类支系,这些支系与田园洞人相关的人群有关。

(原标题:四万年前北京人DNA成功提取测序:第一个中国古人类基因组)

[责任编辑:杨凡、彭芳]

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