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古DNA分析與人類曆史

(2022-01-01 18:59:11) 下一個

首先聲明,我本人不是這一行的,僅僅是業餘愛好者,錯誤在所難免。雖然業餘,但也不能像民科那樣天馬行空, 怎麽也得盡量說一些有根有據的東西。

用人類DNA研究人類曆史,最早是用mitochondrial DNA(線粒體DNA)分型這個工具的,因為線粒體DNA比較穩定比較短, 又好測又省錢, 在早期研究中比較常見。線粒體DNA是通過母係遺傳,男性細胞中也有來自母親的線粒體DNA, 但不能傳到下一帶,隻有女性的線粒體DNA可以傳給下一代。美國是最早研究美洲土著的線粒體DNA, 首先辨別出來4個分型,按字母表順序就命名為A/B/C/D, 正好,這4個分型也是東北亞母係的主要分型,這也是證實美國土著是由西伯利亞東北部遷移到美洲的DNA研究的最早證據。

另外一個是技術是測男性Y-DNA類型,人類nuclearDNA(核DNA)是包含在23對染色體裏的,其中第23對是決定性別的性染色體,女性是XX,男性是XY, 其中Y隻來自父親的遺傳,所以Y-DNA隻能在男性中可以測到,女性沒有。除了法醫,業餘愛好者也對Y-DNA最感興趣,隻不過法醫的對象是嫌疑犯,而業餘愛好者的對象是曆史上的人物或史前人群。

除了性別,人類其它表征,比如大家最關心的皮膚/毛發顏色等種族特征,基本上是由其它22對染色體(又叫常染色體,常染)決定的。 如果能把DNA全測,那當然是最準確的,但在早期是非常昂貴,第一個全序測定,據說是花了幾百個億美元。哺乳動物包括人類,有30億個堿基對,可以辨別的基因近3萬個,每個基因含有幾十到幾千個堿基對,其它沒啥用的或一時不知道有啥用就稱為Junk DNA。  早期因為測序貴,也隻有西方國家,做一些值得做的工作,比如德國Max Planck Institute(中文簡稱馬普所)Svante Paabo做的古尼安德特人測序。 現在隨著技術進步,測序成本已經大幅降低。

做古DNA研究,按樣本來源分有2個思路:用現代人DNA樣本來倒推古人; 或直接拿古樣本來測。 顯然,後者是最準確的,但是,古DNA不是那麽好測的, 因為DNA會被環境分解, 特別是在南方熱濕環境中,另外,在酸性土壤中DNA也不容易保存下來。

在早期古DNA測序,外源DNA汙染也是個大問題,因為古DNA可以采到的量很少,還包裹在一堆蛋白質/酶之類的東西之中,經過不同的經手人之手,所以早期測的古DNA結果, 後來才知道很多實際上是現代人的DNA。

所以現在古DNA研究的全基因分析有標準程序,需要超淨室,樣本表麵需要清理幹淨, 盡量選擇牙齒內部或人頭骨裏的一個叫petrous bone內的DNA,這2處DNA有可能保存得比較完整,用小鑽機取樣,取出的骨粉還需要用一個技術來富集DNA,像釣魚一樣把古DNA釣出來,然後再測序, 這個富集攝取技術最早是在2010年被哈佛的David Reich實驗室應用在古DNA研究中, 就這樣也不能保證測序成功,而且即使是能測出的,也還有個coverage, 即隻能測出部分基因。 另外,結果還得經過外源DNA汙染檢查,如果汙染率高於一定百分比,這個結果就得棄去。

中國目前做古DNA的組,首推中科院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹, 她是德國馬普所Svante Paabo的學生,又在哈佛David Reich組做過博士後,2017年發表了中國第一個古DNA的全基因分析, 即4萬年前的田園洞人。其它機構是2019年以後才開始與西方接軌, 其中有吉林大學崔銀秋(與馬普所和付巧妹合作), 大概以後會有廈門大學的王傳超(哈佛David Reich組的博士後)。 至於複旦,以前他們主要是用現代人DNA樣本來倒推古人, 不出問題才怪呢,不知道複旦現在或以後會不會跟上,但至少到目前為止,還沒在重量級學術雜誌看到他們發表的關於中國古DNA的論文。

就拿吉林大學為例吧,以前他們也測了中國古代樣本的Y-DNA,發在李紅傑博士論文上,比如新疆小河的古DNA,Y-DNA是一水的R1a。中亞的R1a,是與Andronovo 文化(來自哈薩克草原的proto-印度-伊朗人,或雅利安人)東進有關。 可是, 吉大今年發的文章(https://www.nature.com/articles/d41586-021-02948-y),小河的Y-DNA又變成R1b了,而根據基因分析,與西伯利亞冰河時期的老土著ANEAncient North Eurasian)最接近, 而與proto-印度-伊朗人沒啥關係。

總之,這行目前還在高速發展之中,10年前做的東西,可能現在就過時了,甚至是錯誤的,5年前做的工作,可能當時是影響巨大,但現在看可能也有瑕疵,甚至是重大缺陷。

ps.

付巧妹的工作,她的學生Melinda Yang有篇科普文章作了總結,裏麵能點擊的都是文獻出處。現在論文在正文裏一般不提Y-DNA,但在supplementary material裏麵會說的,但付巧妹似乎對Y-DNA不感興趣,在她的去年7月Science雜誌上發的中國南北方的古DNA論文裏, 連補充材料裏都找不到Y-DNA數據。

https://urnow.richmond.edu/features/article/-/19013/-ancient-dna-is-revealing-the-genetic-landscape-of-people-who-first-settled-in-east-asia.html?utm_source=www&utm_medium=referral&utm_campaign=features-story

吉林大學最近除了在Nature上發的新疆古DNA文章,還發了Ancient genomes from northern China suggest links between subsistence changes and human migration, 這篇不錯,值得細看

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16557-2

王傳超和他的哈佛老板一起在今年發了一篇關於東亞古DNA文章,其中蒙古和西伯利亞的數據比較多,那裏考古曆來發達,其樣本和數據西方比較容易得到。

https://www.researchgate.net/publication/349510968_Genomic_Insights_into_the_Formation_of_Human_Populations_in_East_Asia

 

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