30个祖先信息位点的筛选及应用

摘要：目的 筛选一组祖先信息SNPs位点（AIMs,Ancestry Informative Markers）,构建复合检测体系,用于东亚、欧洲和非洲人群遗传成分描述及个体种族来源推断。方法 以HapMap数据库9个人群的658份样本的分型数据为基础,从30个表型相关基因总共282个SNPs位点中筛选出30个AIMs位点,基于微测序-通用芯片技术构建复合检测体系,并建立人群等位基因频率数据库。使用这组位点分析HapMap数据库中658份人群样本,初步验证位点的区分效能;然后,使用研究构建的体系检验收集的5个人群194份无关个体的DNA样本。最后,通过Structure软件分析获取人群的成分构成以及个体的遗传成分,对个体样本进行种族来源推断。 结果 筛选的30个AIMs位点符合哈迪温伯格平衡（p>0.01）,位点之间没有连锁（r2<0.1）, 658份HapMap数据库样本和194份实验样本的祖先成分分析结果与已知结果完全一致。 结论 本文筛选并建立的30个AIMs位点复合检测体系,能够有效实现东亚、欧洲、非洲人群及混合人群的成分构成和个体遗传成分的分析,有效控制遗传连锁分析中由于人群分层现象带来的误差,也可以用于法医DNA检验中个体祖先来源推断。     

单管直扩38重祖先信息InDels体系的构建及其在微流控芯片系统的应用

本文基于插入-缺失多态性(insertion-deletion polymorphism,InDel)遗传标记,从相关文献和dbSNP库中筛选出38个在东亚、欧洲、非洲人群中具有等位基因频率差异的祖先来源InDel位点,同时整合Amelogenin位点和Y染色体STR(DYS439)位点,以辅助未知样本的性别鉴定,采用PCR-CE技术构建了可以区分三大洲际人群的单管直接扩增复合检测体系,该体系可与微流控芯片系统相结合,1.7 h内完成DNA样本自动化扩增和电泳分型,利用公共数据库1000Genomes中16个人群1 607名个体的分型数据对筛选的38个InDel位点进行初步评估;同时对构建的38-plex InDels体系的灵敏度、准确性、直接扩增能力进行验证评估;检测5种不同人群的779份样本和215份唾液卡、血卡的直接扩增样本,采用聚类分析和主成分分析方法,评价体系的推断准确性.结果表明该38-plex InDels复合检测体系分型准确,灵敏度达157 pg,能够对唾液卡和血卡直接扩增,可以区分三大洲际人群及其混合人群,能够准确推断待测样本的族群来源、估算祖先成分,且通过集成细胞裂解步骤将有望2h实现"样本进-结果出"式快速自动化InDel分型.     

74-plex SNPs复合检测体系在中国人群中的族群推断研究

使用一组祖源SNP可以分析某人群的遗传成分,推断某个体的族群来源。本课题组前期筛选出74个SNP位点实现了撒哈拉以南的非洲、北非、欧洲、美洲、大洋洲、南亚、西南亚、东亚、东北亚和东南亚等10个地理区域人群的推断,并基于Mass ARRAY质谱分析技术构建了74-plexSNPs复合检测体系。本研究利用该体系对14个中国人群1371份样本进行基因分型,验证评估该体系对中国人群的区分能力和法医学应用效能。首先,基于全球57个人群3628份个体构建参考人群分型库,采用Structure分析和等位基因频率热图等方法进行人群区分能力评估;然后,选取千人基因组计划中3个人群(不包含在参考人群分型库中)及本实验室检测的14个人群共计1654个体作为测试数据集,通过似然比和族群成分等统计分析,评估该体系对实际样本的族群来源推断能力。结果表明,DNA的量最低为1.5ng时,74个SNP均可正确判型,适用于微量检材的检测;该体系对全球10个地理区域人群有区分能力,针对测试人群中欧洲、美洲、南部非洲个体族群来源推断的准确率为95.4%、不排除率为1.06%,东亚个体推断的准确率为71.0%、不排除率为17.9%,东南亚个体推断的准确率66.4%、不排除率为33.3%。该方法可以为实际案件侦察提供线索。     

49AISNP：东亚北方三个族群遗传来源推断

样本的族群来源推断在法医调查中可发挥重要作用,一个理想的推断体系是用一组较少的遗传标记实现较高的族群推断准确性。本研究调研搜集了区分东亚北方三个族群北方汉族、日本人和韩国人的428个祖先信息SNP (ancestry informative SNP, AISNP),获取了其在三个族群307份样本中的分型,通过位点Fst值及等位基因频率聚类等信息进一步精简位点,最终得到了一组49AISNP组合。基于307份样本利用留一法对49AISNP进行推断准确性验证,结果表明其在北方汉族、日本和韩国族群中的推断准确性均高于99%。49AISNP组合将有助于东亚地区亚族群的进一步区分。     

基于微流控芯片的InDel快速族群推断体系研究

目的 QuickTargSeq全集成法医DNA现场快速检测系统是国内首台自主研制的现场快检仪,可应用于InDel族群推断检测,2 h左右完成“样本进-结果出”的快速自动化InDel分型。本文对InDel族群推断微流控芯片检测体系的性能进行评估,以期为实践应用提供参考。方法 使用InDel族群推断微流控芯片检测体系,对体系的灵敏度、干扰物耐受性、成功率、分型准确率、精确性、准确性、峰平衡性及检材适应性进行验证评估,同时对测试样本的族群来源进行推断。结果 138份样本的全集成检测成功率为95.65%,分型准确率为98.85%;DNA模板量≥5 ng时,可获得完整InDel分型,口腔拭子样本最佳采集次数为口腔内壁左右两侧各刮擦8次,血卡样本最佳检测方式为6片（Φ=2 mm）;所有基因座的平均杂合子峰高比值为0.86;10次运行的等位基因分型标准物（allelic ladder）片段大小标准差均在0.3 bp以内,测试样本等位基因和相应的等位基因分型标准物之间的片段准确性均在0.5 bp以内。结论 该体系可实现对口腔拭子、血卡、唾液卡及烟蒂样本的准确分型,能够准确推断样本的族群来源。     

南-北方汉族人、韩国人和日本人遗传划分机器学习模型优化方案

中国汉族人、韩国人和日本人作为东亚主体人群,其中中国汉族人呈现由北向南的梯度混合,在遗传结构上存在不同程度的差异。为实现对中国南-北方汉族人、韩国人和日本人的高分辨率遗传划分,本研究收集和分析了文献报道和实验室前期数据筛选出的1185个东亚人群祖先信息性SNPs (ancestry informative SNPs,AISNPs),应用softmax与随机森林两种机器学习算法构建族群遗传划分模型,然后利用系统发育树、STRUCTURE和主成分分析方法进一步评估不同模型AISNPs位点组合的族群分类效果,最终筛选出234-AISNP的最优组合,softmax模型准确率为92%,实现了南方汉族人、北方汉族人、韩国人和日本人的高精度区分。本研究测试的两种机器学习算法模型为近距离人群的高分辨率划分提供了重要参考,可作为法医DNA族群推断体系位点开发的重要工具。     

遗传学视角下东亚人群的起源和演化

东亚是研究解剖学意义上现代人迁徙和演化的重要地带之一,该地区现代人群的起源及形成问题一直都是人类学领域广泛关注的焦点。遗传学研究为重建东亚人群历史提供了新的视角和见解。越来越多的遗传学证据表明,现代人约20万年前起源于非洲的晚期智人,并于10万年前走出非洲,大约在5~6万年前沿海岸线快速到达东亚南部,进而扩散到整个东亚地区。早期智人可能对走出非洲的现代人有一定程度的遗传贡献。早期定居、文化同化、人群迁徙以及基因交流等,对东亚人群的起源和演化起着至关重要的作用。前期的研究对东亚人群的源流历史进行了细致的分析,很大程度上解决了考古学、历史学等领域长期以来存在的分歧,然而这还需通过全基因组学和古DNA研究的进一步验证。本文从遗传学视角梳理和总结了东亚人群起源、迁徙和演化的历史,完善了对东亚人群演变的系统认识,并对未来东亚人群源流历史研究的发展方向做了展望。     

东亚人群源流研究新进展

中国科学家对大量东亚人群样本中分析得到的近200个未定类型的线粒体DNA序列进行研究,结果显示,迄今甄别出来的线粒体DNA未定类型事实上均源自非洲起源的建群类型M或N,没有发现可能追溯至古人类的母系遗传组份。进一步分析还提示,研究中新鉴别的基部类群很可能代表了最初进入东亚南部的现代人群祖先的母系遗存,而非来自邻近地区的近期基因流。     

线粒体DNA多态性揭示丝绸之路上游地区少数民族的基因融合

河西走廊位于中国古丝绸之路的上游地区,是连接东亚和中亚地区的主要通道．为了在遗传背景上评价该地区的基因融合,研究了该地区5个少数民族人群的线粒体DNA多态性,采用测序和PCR－限制性内切酶片段长度多态分析方法对采自河西走廊地区的三个人群和邻近的新疆两个人群总共242个无关个体进行单倍型分型,并且把得到的数据同以前报道的东亚、中亚、西亚以及欧洲人群数据进行比较．结果发现欧洲特异单倍型和东亚特异单倍型同时存在于河西走廊地区人群中,从而揭示了从欧洲经中亚向河西走廊的基因流动．河西走廊地区人群在遗传上分布于中亚和东亚人群之间,这意味着中亚和东亚人群对该地区的母系遗传结构做出了重要贡献,本研究更加完整地展示了沿着丝绸之路地区从欧洲经中亚到丝绸之路上游的河西走廊的基因流动和基因融合事件。     

基于高密度SNP数据的东亚人群遗传结构研究

目的 东亚疆域辽阔,民族众多,有着广泛多样的语言。中国34个省级行政区可划分为7个地理分区,人群主要分属世界七大语系。已有研究主要集中在东亚人群的起源、迁徙、融合等遗传历史。本文基于5 147份世界人群个体的高密度单核苷酸多态性（SNP）数据,从地域及语言两个角度研究东亚人群尤其是中国人群与世界其他人群的遗传关系,研究中国人群的遗传关系和遗传结构。方法 收集了5 147份世界人群个体的高密度SNP数据,并对其进行质控、合并。通过频率差异分析方法对最终获得的32 789个SNP进行统计学检验,并进一步使用主成分分析、系统发育树、祖先成分分析和D检验统计等方法,对东亚人群与世界其他人群的遗传关系,以及中国人群的遗传关系和遗传结构进行研究。结果 研究发现东亚人群与非洲、美洲和欧洲人群存在显著差异。中国人群可分为7个亚群,不同人群间的遗传聚类与其地理分布、语系语族和族源历史有很强的相关性。结论 本文研究了中国人群与世界人群的遗传关系和差异,并系统研究了中国人群的遗传亚结构。这将丰富东亚人群的群体遗传学、法医遗传学等研究基础,为个体化医疗等工作提供数据支撑。     

骨骼基因分化特征研究

为了揭开人类表型多样性的奥妙,科学家系统分析了骨骼发育相关基因群的群体多态性,并与其他基因进行比较,发现骨骼基因中的SNP位点在非洲人群和非非洲人群（东亚和欧洲人群）之间表现出很高的群体分化特征,但东亚和欧洲人群之间并没有此现象。骨骼基因中的高分化SNP在东亚人群和欧洲人群具有很高的衍生等位基因频率,但非洲人群中却没有。     

东亚三族群SNP高分辨推断模型构建与效能评估

单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)是法医遗传学个体识别和族群推断常用的遗传标记.本研究集合文献和公共库中祖先信息SNP位点(ancestry informative SNPs,AISNPs),应用softmax回归、支持向量机和随机森林3种算法,研究东亚北方的3个主体...     

四万年前中国地区现代人基因组揭示亚洲人类复杂遗传历史

<正>虽然欧洲和西伯利亚地区都有一些古人类样本基因组被测序,但是在东亚,尤其是中国地区,被测序的古人类基因组样本非常少。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹、Melinda Yang、高星、同号文与德国马普进化人类研究所等团队分析了距今四万年前出土于北京房山田园洞的一具男性个体基因组,获取了第一个中国地区古人的基因组数据,发现东亚早期人群组成十分复杂,为欧亚早期人群结构提供新洞见。这也是截至目前东亚地区最为古老的人     

基于毛干蛋白质组的族群推断技术的建立与验证

毛干是一种案件现场常见的生物物证,由于核DNA含量极少且高度降解,难以采用现有的短串联重复序列(short tandem repeat,STR)检验方法进行个人识别鉴定,目前仅使用线粒体DNA检验进行母系亲缘关系的判定,利用率非常低.毛干中蛋白质非常稳定,而且具有遗传多态性,表现为基因组中的非同义单核苷酸多态性(non-synonymous single nucleotide polymorphisms,ns SNPs),转录翻译后形成蛋白质序列中的单氨基酸多态性(single amino acid polymorphisms,SAPs).充分利用毛干蛋白质中蕴含的遗传信息,为案件提供线索和证据,是实际公安业务的迫切需求,具有重要的应用价值.本文选取了104份中国汉族的毛干样本进行蛋白质组的检测,共获得了703个SAP位点,位于460个蛋白质上,共推导出552个nsSNP位点.进一步筛选在所有样本中检出率超过15%的位点,获得了88个nsSNP位点,使用毛干样本对应的口腔拭子DNA对88个ns SNP位点进行一代测序验证.为评估发现的nsSNP位点对于人群的区分能力,以千人数据库(1 000 Genome Project)为参考数据库,采用聚类分析和群体匹配概率等方法对检测的19份毛干样本进行人群来源推断.结果显示,通过检测毛干蛋白质组中的ns SNP可以实现东亚、欧洲、非洲三大洲际人群的区分.     

利用HPA-1～3,5和15系统多态性估算中外不同人群遗传距离

依据血小板同种抗原5个系统的遗传多态性, 采用聚合酶链反应序列特异性引物技术, 对1 000名中国汉族无关献血者HPA-1~3, 5和15系统进行基因分型, 计算基因频率。使用DISPAN软件及PHYLIP软件计算不同群体间遗传距离并绘制系统树。系统树显示, 亚洲人群先与欧洲人群相聚, 之后再与非洲人群相聚, 非洲人群位于系统发生树的最顶部; 印度人群处于亚洲人群与欧洲人群之间; 南美洲巴西白人与欧洲人群聚在一起; 大洋洲的波利尼西亚人与亚洲人群聚在一起。此研究从一个侧面证明了人类“非洲起源说”, 印证亚洲人群由南亚向东南亚再向东亚迁徙的路线, 并推断出欧洲人群由南欧向北欧、西欧迁徙的线路。HPA能有效估算不同人群间遗传距离, 分析人类迁徙过程, HPA可作为遗传标记应用于人类进化的研究。     

中国与非洲近代-现代人类某些颅骨特征的对比及其意义--中国与非洲人类头骨特征对比之二

对近代—现代非洲和中国人群26项颅骨特征的观测和分析显示非洲人具有一些显示其特异性的颅骨特征,但多数特征的表现与东亚人类非常接近,提示现代人群体质特征的趋同性。作者认为非洲人在多数颅骨特征的表现方式上较中国人更为多样化,表明现代非洲人群在体质特征的表现上较东亚人类具有更宽广的形态变异谱。作者基于许多东亚、欧洲及澳洲人类的颅骨特征在非洲人群具有较高的出现率或明显的表现等现象提出一些未来研究中有待解决的问题。     

现代中国人群形成与分化的形态证据——中国与非洲和欧洲人群头骨非测量特征分析

现代人群形成与分化导致生活在世界不同地区的人类形成了具有明显体质特征差别的人群(或种族)。对更新世末期及全新世以来不同地理区域近代和现代人群体质特征差别、相互亲缘关系的分析是现代人群形成与分化研究的重要组成部分。本文通过对21项头骨非测量特征在近代和现代中国人群, 以及现代非洲和欧洲人群共330例标本的出现率和表现特点的观察和数据分析, 发现绝大多数特征的出现率或表现特点在三个人群间都具有不同程度的差异, 有些特征在人群间的差异甚至非常明显。与非洲及欧洲人群相比, 现代中国人头骨总体显得纤细, 眉弓、角圆枕、颧三角、颧结节等反映头骨粗壮程度的特征在现代中国人群的发育明显弱于非洲和欧洲人群。此外, 现代中国人群还具有一些明显不同于非洲和欧洲人群的头骨非测量特征, 包括锐利的眶外下缘、相对平坦的眉间鼻根点、较圆隆的颅侧壁、平坦的顶孔人字区、深弧形的上颌颧突下缘, 梯形和左右不一的鼻额-额颌缝走向等。采用判别分析可以将67.0%—79.5%的标本正确地判别归入其原来所属的组群。其中对中国人群的正确判别率分别达到70.4%和82.9%。个体标本分布显示非洲人群表现较大的分散性, 而中国和欧洲人群样本的分布明显密集集中, 提示中国和欧洲人群似乎具有更多的衍生性特征。本研究还发现多数在人群间差别显著的头骨非测量特征与头骨粗壮程度有关, 作者对相关的问题进行了分析探讨。     

新疆维吾尔族牙齿形态特征及其与EDARV370A相关性的研究

牙齿是古代样本中最易保存下来的材料之一,因此在人类学研究中具有极为重要的价值.通过比较牙齿形态特征在群体中的频率,可揭示群体间的进化关系;而在个体层面上的遗传学研究,则可进一步揭示牙齿特征的形成机制和进化意义.本研究通过分析中国新疆维吾尔族242个个体的38项牙齿形态特征,首先确认了新疆维吾尔族的牙齿形态特征表现为欧洲群体与东亚群体的混合性状,其混合程度与群体遗传学研究结果一致.其次,通过对各项牙齿形态特征进行两两相关分析,在相关性矩阵中发现3个主要表型模块,各模块分别代表相关性较高的牙齿形态特征.其中,铲形门齿、双铲形门齿及上颌犬齿近中嵴组成了一个主要模块.最后,本研究发现遗传变异EDARV370A与上述表型模块中的牙齿形态特征均呈显著相关.对该表型模块提取复合表型因子后,EDARV370A与该复合表型因子具有显著的关联性,并可以解释18%的表型变异度.说明同一遗传因素同时影响了多项牙齿形态特征.本研究结果进一步证实了3万年前在东亚出现的遗传变异EDARV370A是产生铲形门齿这一特征的重要因素.说明东亚现代人群所具有的铲形门齿特征可能是更新世晚期以后进化的产物.     

新疆维吾尔族牙齿形态特征及其与EDARV370．4相关性的研究

牙齿是古代样本中最易保存下来的材料之一,因此在人类学研究中具有极为重要的价值．通过比较牙齿形态特征在群体中的频率,可揭示群体间的进化关系;而在个体层面上的遗传学研究,则可进一步揭示牙齿特征的形成机制和进化意义．本研究通过分析中国新疆维吾尔族242个个体的38项牙齿形态特征,首先确认了新疆维吾尔族的牙齿形态特征表现为欧洲群体与东亚群体的混合性状,其混合程度与群体遗传学研究结果一致．其次,通过对各项牙齿形态特征进行两两相关分析,在相关性矩阵中发现3个主要表型模块,各模块分别代表相关性较高的牙齿形态特征．其中,铲形门齿、双铲形门齿及上颌犬齿近中嵴组成了一个主要模块．最后,本研究发现遗传变异EDARV370A与上述表型模块中的牙齿形态特征均呈显著相关．对该表型模块提取复合表型因子后,EDARV370A与该复合表型因子具有显著的关联性,并可以解释18％的表型变异度．说明同一遗传因素同时影响了多项牙齿形态特征．本研究结果进一步证实了3万年前在东亚出现的遗传变异EDARV370A是产生铲形门齿这一特征的重要因素．说明东亚现代人群所具有的铲形门齿特征可能是更新世晚期以后进化的产物．     

1 067例不同年龄及地域人群肠道菌群特征

目的 探索不同人群在不同年龄阶段的菌群结构特点,了解环境因素对肠道菌群组成及发展的影响。方法 收集65例中国健康儿童粪便样本并进行16S rRNA检测,同时从已发表文献中获取来自亚洲、非洲、欧洲、北美洲及南美洲国家的1 002例健康人群肠道菌群数据,分析来自不同年龄阶段健康人群肠道菌群的特征。结果 3岁以下全球各地儿童肠道菌群的种类较为一致：拟杆菌属和双歧杆菌属在儿童肠道菌群中占据主导地位,且它们在免疫调节上有重要作用。3岁以上健康人群的肠道菌群则展示出了地域性特征：亚洲健康人群的肠道代表菌属为考拉杆菌属和巨单胞菌属,非洲健康人群的肠道代表菌属为粪杆菌属,欧洲健康人群的肠道代表菌属也是粪杆菌属,北美洲健康人群的肠道代表菌属为拟杆菌属,南美洲健康人群的肠道代表菌属为普氏菌属。另外,经济较发达的欧洲及北美洲健康人群的肠道菌群多样性显著高于其他经济较落后地区。结论 本研究加深了对不同地域人群肠道菌群特点以及它们随年龄增长而发展变化的认识。