第46卷第5期2001年3月醉苔通氯 Y染色体遗传学证据支持现代中国人起源于非洲 柯越海宿兵李宏宇陈黎峰戚春建⊕郭新军3黄薇° 金建中①卢大儒”金力 (①复且大学生命科学学院遗传学研究所,摩尔根谈家械国际生命科学研究中心,上海200433:②中国科学院昆明动物研究所 昆明650031;③ Human Genetics Center, University of Texas-Houston, Houston,TX77225,USA;④苏州大学生物技术系,苏州 215007;⑤泰士生物技术有限公司,杭州30006:⑥中国国家人类基因组南方研究中心,上海201203.*联系人 E-mail:Ijin@fudan.edu.cn,drlu@fudan.edu.cn) 摘要在包括中国大陆在内的东亚地区出土的人类化石形态上的连续性,一直被认为是支持现代人类 多地区起源假说的有力依据,为研究该地区现代人类独立起源的可能性,对来自中国各地的9988例男 性随机样本进行了M89,M130和YAP3个Y染色体单倍型的基因分型.这些位于Y染色体非重组区的 突变型M89T,M130T和YAP均来自另一Y染色体单倍型M168T,M168是除非洲以外所有现代人及 部分非洲人共同具有的一种古老的突变型,在除非洲以外地区没有发现一例个体具有比M168更古老 的突变型.在M168突变基础上产生的M89,M130和YAP3种Y染色体单倍型在中国人群中的基因 頻率分别为934%,3.7%和29%,结果显示近万份样品无一例外具有这3种突变型之一,因此认为Y染 色体的证据并不支持独立起源假说.这也是目前支持现代中国人非洲起源假说最新的遗传学证据 关键词Y染色体单倍型SNPs现代人起源中国人 现代中国人的起源与迁移研究近年来在古人类起源,并首先提出“夏娃假说”,认为现代人类是单 学和遗传学界争论日益激烈,目前主要存在着非洲起源并来自非洲.此后越来越多的遗传学证据都 起源假说、多地区起源或中国独立起源以及介于两者支持包括中国在内的世界范围内的现代人的非洲起 之间的非洲起源与独立起源兼有的调和假说.尽管源假说.1998年Chu等人利用30个常染色体微卫 这些假说对于直立人( Homo erectus)的起源没有太多星位点( microsatellites),分析了南北人群和汉民族 的分歧,中国乃至全世界各地区的化石证据都支持与少数民族的遗传结构,微卫星标记多态性和进化 直立人数百万年前来源于非洲,然后再逐渐迁移到树聚类分析都支持现代中国人来源于非洲,并经由 其他大陆.但遗传学家支持的非洲起源说则认为现东南亚进入中国大陆.虽然这一研究无法排除亚洲 代人类主要起源于10万年前的非洲,经两次大规模独立起源假说,但至少认为这种贡献在现代中国 的迁移,逐步征服并取代包括中国在内的整个世界.人群中作用不大.由于微卫星位点突变率较高,对 而古人类学者支持的多地区起源假说主张现代人类研究较久远的人类进化事件和人群迁移有一定的局 起源是多地区独立发生的,同时在漫长的进化过程限性,Su等人发展了一套Y染色体的单核苷酸多 中各地区存在广泛的“基因交流”另一调和假说则态性标记 single nucleotide polymorphism,SNP)来研 相信非洲起源和独立起源的人类( Homo sapien)相互究这一问题Y染色体的拟常染色体非重组区段的 融合共同构成了某一地区现代人类( Homo sapiens)的SNP标记,是目前公认的研究早期人类进化和迁移 祖先 最理想的工具.这是由于父系遗传Y染色体非重组 古人类学研究证据主要来自东亚地区及中国出区可以有效地排除交换重组的干扰,使SNP突变率 土的古人类化石,在时间和形态上呈现良好的连续低,更能稳定地遗传,可以忠实地记录进化事件;其 性和继承性3-6.而东亚地区,尤其中国和印尼是少次,以单倍体存在的Y染色体,其有效群体大小远远 数具有时间和地域上广泛出土大量古人类化石的地小于常染色体位点,易产生人群特异性的单倍型.宿 区之一,因此,该地区是古生物学和人类学家研究现兵等利用Y染色体SNP的19种单倍型研究了其在中 代人类起源除非洲外的另一关键地区Cann等人和国人群中的分布,再次证实了东亚的现代人起源于 vigilant等人运用线粒体DNA多态性研究现代人类非洲,并由南方进入东亚,而后向北方迁移,同时 www.scichina.com 2 o1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
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醉荸扳第46卷第5期2001年3月 估算了现代中国人进入中国大陆大致在1.8万-6万操作,酚氯仿提取基因组DNA,定量标化DNA,-20℃ 年前0 保存备用 几乎所有的遗传学证据都支持包括现代中国人 (ⅱ)YSNP遗传标记的基因分型3个Y-SNP 在内的全世界人类均为单一起源,并来自非洲1213,单倍型的大规模基因分型YAP直接PCR电泳检测, 然而考虑到东亚地区在地质史上的特殊性,如据认M89和M130采用 RFLP-PCR方法,在引物的下游序 为冰川期气候在中国南方仍能适应大型哺乳动物生列3′端人为引人酶切位点,M89和M130位点信息 存繁衍的证据以及化石的连续性特征等,虽然这些引物序列和酶切条件见表1. YAP(DYS287)Alu大片 证据仍有争议4-16,但是否确有少数10万年前可能段序列插入,直接PCR产物电泳观察,3个SNP均采 的中国独立起源的“原著民 archair humans,H.用10μPCR反应体系:10×PCR缓冲液1.0μ,50 sapiens)与后来来自非洲经由东南亚并由南及北进入 mmol/L Mg20.5μ,1.25 mmol/L4× dNTPs1.0μ 中国的“新人类"(H. sapienssapiens)共同构成了现代5 U/HL Taq聚合酶0.3μ,10μmoL引物05μ 中国人的祖先呢?我们利用了M89,M130和YAP这×2,基因组DNA10ng/L1μL,去离子水补足10μ 3个古老的YSNP对来自中国各地近1万份男性随PCR反应条件:变性94℃,3min,94℃,25s+56℃ 机样本进行了基因分型研究.M89,M130和YAP是在25s→72℃,25s(35个循环);延伸72℃,5min.核酸 M168突变型的基础上产生的3个突变类型,据认为内切酶NaⅢ和BI购自 New england, biolabs公司 M68是人类在非洲时产生的突变型,其原始型仅出2结果 现在东非人群,除非洲以外的现代人及部分非洲人 对9988例男性随机样本进行M89,M30和YAP 都带有M168的突变型,M68是现代人类单一起源的3个位点基因分型,发现所有样本均仅具有这3个 于非洲的最直接证据.对3个来源于M68古老的位点之一的突变型,无一例外.其中M89TM0C YSNP在中国人群中进行基因分型研究,一方面寻和YAP单倍型的个体最多,共9329例,占934%:; 找是否存在中国独立起源的证据,另一方面通过考M8c,M13和YAP单倍型的个体其次,共370例, 察这3个古老的Y染色体单倍型的分布频率来研究占37%;M9CMC和YAP的个体290例、占29% 中国各地区人群的遗传结构、分布特点及其与中国没有其他新的单倍型种类出现,现代中国人个体中 周边地区人群的遗传关系 绝大多数为M89突变,M130和YAP的突变率很低 1材料与方法 为进一步观察3种突变型个体在中国各地区及 (i)样品采集和基因组DNA制备.我们共采少数民族的分布状况,我们从9988例样品中选择了 集了来自中国各地区的9988份男性随机血样,包括2924份样品,这些样品均有可靠的籍贯和民族资料 中国9个少数民族,覆盖了29个省、市、自治区.同为研究方便我们将中国各省份分成5个地区,东北地 时依研究目的不同及采样条件的限制,从9988份样区包括黑、吉、辽;北方地区包括蒙、京、津、陕 品选择了2924份有详细籍贯和民族资料的样本,用晋、豫和鲁;西北地区包括宁、青、甘、疆;中部地 于统计3个YSNP在不同地区和民族间的分布频率,区包括沪、苏、浙、徽、鄂、川、渝;南方地区包括 每个人的省籍根据其祖父母出生地与籍贯一致而定,赣、闽、台、粤、桂、黔、滇、琼、藏、湘.3个Y-SNP 并将其归为5个地区.外周血样按《分子克隆》常规的位点分布频率见表2.2923份样本按民族分类的频 表1M89,M130和YAP位点信息和引物序列 位点多态性 C→T Alu序列 引物序列 上游序列 tcctatgaggtgcgatgaaatig tatctcctcttctattgcag 下游序列 gcaagtcaggcaaagtgagacat PCR产物片段长度/bp 限制性核酸内切酶 Nla Il Bsl I 酶切位点 多态判定 M89C:酶切片段(22+94)bp)M130C:酶切片段(162+43)bp)YAP'350bp M89T:酶切位点 M130T:酶切位点 YAP 150 bp 412 www.scichina.com 2 o1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
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第46卷第5期2001年3月斜召 率见表3.从3个Y-SNP在中国各地区的分布上看 M89除南方群体略低,在其他地区频率分布没有明 显差异(2xK表,x2独立性检验,P>0.05,下同 MIc YAP M89在南方群体偏低的原因是受到M130与YAP在 南方少数民族有较高频率的影响.YAP在南方和西北 地区的频率明显比其他地区高,这主要是由于该地 区藏族等少数民族具有较高的YAP频率,M130是 亚洲群体所特有的一种YSNP,在亚洲,由东南亚向 图1几种YSNP的系统进化示意图 北逐渐递增,在印度人群为3.3%,到东北亚时达到最 高,在西伯利亚人群中高达626%,在我们的实验非洲起源假说并不冲突,这种连续性和继承性仅仅 结果中也大体表现出这一趋势.为观察这3个YSNP说明人类都是一脉相承地来源于非洲祖先,但仔细 突变型在少数民族间的分布状况,我们剔除了人数研究这些中国出土的化石证据,却发现其在古人类 较少的满、蒙古、撒拉和土族.观察的4个少数民族,( Homo sapiens)和现代人(H. sapiens sapiens)之间存 与汉族群体比较YAP的基因频率明显高于汉族,尤在着断层,所有属于古人类的化石都有10万年以上 其藏族的YAP的比例最高,而回族由于与汉族大多的历史,而现代人类的化石都不到4万年(大多数在 是混杂居住,散布中国各地,与汉族的基因交流频繁,1万~3万年间),也就是说至今没有发现5万~10万年 因此其突变型基因频率均明显低于有地区聚集现象期间的人类化石这一直接证据来支持多地区起源假 的藏、傣和白族,而与汉族相近.研究表明亚洲和大说.我们认为这种化石上出现的断层并非偶然,东亚 洋洲群体大多数具有从M89突变型基础上衍变形成大陆在这一时期大量的生物物种灭绝造成了这种断 的单倍型,我们的基因分型结果显示M89突变频率层,因为6万~10万年前的人类化石断层与第四纪冰 高达934%,M3O,YAP的突变型频率分别为37%和川期在该地区存在时间大体相符.我们认为解释这 29%,几种Y染色体SNP的系统进化关系见图1 时期在东亚地区人类化石出现断层以及现代中国 表23个YSNP在中国各地区人群频率分布 人来源于非洲的可能原因是由于在距今5万~10万年 M89T YAP 前第四纪冰川的存在,使得这一时期包括中国大陆 地区样本数数量频率%数量频率%数量频率/在内的东亚地区绝大多数的生物种类均难以存活 比地区477442927 北方地区101394593.3494 19 在冰川期结束后,非洲起源并经由东南亚由南至北 西北地区433 进入中国大陆的现代中国人的祖先取代了冰川期前 中部地区8297295524291316的古人类.如果这一解释合理,我们将面对的问题是 地B21389212172523这种取代是否完全,或确有少数中国的“原著 民”( archaic humans,H. sapiens)在经历漫长的冰川期 表33个YSNP在中国主要少数民族人群频率分布存活下来并与后来进入中国大陆的“新人类"(H 数量私放 M130T 民族样本量 频率 频率/% sapiens sapiens)共同构成现代中国人的祖先.如何 白32278443942625答这一问题是我们设计这个实验的主要目的.考虑 袋302583313.3 到可能的中国“原著民”即使存在,在现代中国人群 回6963913 中的贡献也很低,因此我们扩大到近1万份的样本量 8 即如果我们确实能发现有M89C,M130C和YAP的 个体存在,这意味着中国将存在有比走出非洲人群 3讨论 更古老的Y-SNP,但遗憾的是在对9988例中国男性 现代中国人的非洲起源假说和多地区起源进化随机样本进行的M89,M30和YAP基因分型,没有 假说,或中国独立起源假说的主要争论焦点在于东发现一例个体携带有非以上3种Y-SNP突变型之一, 亚大量出土的古人类化石证据,正如前面提及的,中即没有出现同时具有M89C,M130C和YAP的个体, 国和东亚地区出土的化石在形态上确实呈现良好的所有个体全部具有Ml68的突变型,这一结果与除非 连续性和继承性.尽管遗传学家认为这样的事实与洲以外的世界其他地区的基因分型结果是一致的 www.scichina.com 2 o1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
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屏学山额第46卷第5期2001年3月 同时也没有出现重复突变的可能性.M168是来源于非8 Vigilant L. Stoneking M, Harpending H, et al. African populations 洲的YSNP突变型,因此我们所检测的来自中国各地 d the evolution of human mitochondrial DNA. Science. 1997 253:1503~1507 的近1万份样品全部都携带有来自非洲的“基因痕迹 9 Chu J Y, Huang W, Kuang S Q, et al. Genetic relationship of 我们至少在1/104水平上否定了多地区起源或中国独 populations in China. Proc Natl Acad Sci USA. 1998, 95 立起源假说Y染色体的证据支持现代中国人非洲起源10suB. Xiao J. Underhill P.eral. Y- Chromosome evidence f 假说,这也是目前支持这一假说最新的遗传学证据 northward migration of modern humans into Eastern Asia during the last Ice Age. Am Hum Genet, 1999, 65(6):1718-1724 致谢本文样品采集得到泰士生物科技有限公司吴东旗、11柯越海,宿兵,肖君华,等.Y染色体单倍型在中国汉族人群中 第四军医大学刘杰、浙江大学医学院郑树、蔡善荣、上海 的多态性分布与中国人群起源及迁移.中国科学,C辑,2000 第二医科大学瑞金医院朱鼎良、复旦大学宋秀峰、李辉, 30(6):614-620 徐晓芸等人的大力支持,谨此致谢.本工作为国家自然科 12 Jorde L B, Watkins w S. Bamshad M J, et al. The distribution of human genetic diversity: a comparison of mitochondrial 学基金重大资助项目(批准号:39993420). autosomal, and Y-chromosome data. Am J Hum Genet,, 2000 参考文献 13 Thomson R. Pritchard j K Shen P et al. recent common ances 1 Jin Li, Su Bing. Natives or immigrants: modern human origin in of human Y chromosomes: evidence from DNA sequence data East Asia. Nature Kevieu Genetics. 2000. 1(2): 126-133 Proc Natl Acad Sci USA, 2000. 97(13): 7360-7365 14 Stringer C B, Andrew P. Genetic and fossil evidence for the origin 2 Brooks A S, Wood B Paleoanthropology. The Chinese side of the of modern humans. Science, 1988, 239: 1263-1268 story. Nature,1990,344:288-289 15 wilson A C, Cann R L. The recent African genesis of humans Li T, Etler D A. New middle pleistocene hominid crania from Scientific American, 1992, 4: 68-75 Yunxian in China. Nature, 1992. 357: 404-407 z. Poirier F E. Human Evolution in China. Oxf 16 Wu x Z Chinese human paleontological study in 20th century and prospects. Acta Anthropologica Sinica, 1999, 18(3): 164-174 University Press, 1995 17 Shen P, Wang F, Underhill P A, et al. Population genetic 5 Etler DA. The fossil evidence for human evolution in Asia. Annu implications from sequence variation in four Y chromosome gene Rev Anthropol. 1996. 25: 275-301 Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97(13): 7354-7359 6 Wolpoff M H Interpretations of multiregional evolution. Science, 18 Qian Y, Qian B, Su B, et al. Multiple origins of Tibetan Y 7 Cann R L, Stoneking M, Wilson A C, Mitochondria DNA and (2000-0907收稿,200012-27收修改稿) Human evolution. Nature, 1987. 325: 31-36 转PEPC基因水稻的光合CO2同化和叶绿素荧光特性 焦德茂①李霞黄雪清迟伟①匡廷云古森本 D江苏省农业科学院农业生物遗传生理研究所,南京210014②中国科学院植物研究所,北京100093;③华盛顿州立大学生物学院 摘要以转PEPC,PPDK, NADP-ME,PEPC+PPDK基因水稻及原种为材料,比较C4途径有关光合酶 活性、叶绿素荧光参数、CO2交换等生理指标,重点研究了转PEPC基因水稻的生理特性,结果如下: (1)转PEPC基因水稻PEPC活性比原种髙20倍,光饱和光合速率比原种高55%,羧化效率提高50%, CO2补偿点降低27%;(2)在高光强(3h)或光氧化剂甲基紫精(MV)处理后,与原种相比,转PEPC基因 水稻的PSⅡ光化学效率(FFm)、光化学猝灭(qP)下降较少,证明其耐光抑制和耐光氧化能力增强;(3)在 高光强条件下,转PEPC基因水稻中 RuBPCase活性变化不明显,但碳酸酐酶CA)诱导活性增加1.8倍. 这些结果为揭示高光合效率机理和高光合效率育种提供了有益的启示 关键词转基因水稻光合特性光合作用的光抑制叶绿素荧光PEPC 由于半矮杆基因和杂种优势的利用,我国的水如能在现有的基础上提高叶片的光合能力,可能是 稻产量已有大幅度提高.现有高产品种的光能利用进一步提高光合生产力和产量的途径1 率为1%~1.5%,而理想的光能利用率为3%~5%, C4植物具有CO2浓缩机制,在高光强、高温和高 www.scichina.com 2 o1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
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