PDF《罗布应用 Y 染色体 SNP 对新疆三个隔离人群 遗传多样性的研究》

收稿日期:2017-05-02;

定稿日期:2017-09-29 基金项目 : 国家自然科学基金项目资助 (31460285) ;

中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所重点实验室开放课题 (2014KLCB02) 作者简介:刘树虎,男,山东莒南人,硕士研究生,主要从事人类分子遗传学研究.

E-mail:[email protected] 通讯作者:多力坤 ? 买买提玉素甫,男,维吾尔族,教授,硕士生导师,主要从事人类与医学分子遗传学研究. Citation: Liu SH, N, Yilihamu, R Bake,et al. A study of genetic diversity of three isolated populations in Xinjiang using Y-SNP[J]. Acta Anthropologica Sinica, 2018, 37(1): 146-156 DOI: 10.16359/j.cnki.cn11-1963/q.2017.0067 应用 Y 染色体 SNP 对新疆三个隔离人群 遗传多样性的研究 刘树虎,伊力哈木・乃扎木,热比亚木・巴克, 布帕提玛穆・阿布都克热穆,多力坤・买买提玉素甫 新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐,830046 摘要:克里雅人、罗布人、刀郎人是生活在我国西部边疆沙漠腹地、人口稀少的隔离人群.基于对这三 个隔离人群

179 人Y染色体全序列的测序和分型,得到每个个体 Y 染色体所有突变的 SNP 位点和隶属 的单倍群, 并对各单倍群类型和频率进行了分析. 以探知三个隔离人群的Y染色体遗传结构和遗传多样性. 通过研究结果表明:克里雅人群检出

12 个单倍群,高频单倍群有 J2a1b1(25.64%), R1a1a1b2a(20.51%), R2a(17.95%), R1a1a1b2a2(15.38%);

罗布人群检出16 个单倍群, 高频单倍群有J2a1(43.75%), J2a2(14.06%), R2(9.38%), L1c(7.81%);

刀郎人群检出

40 个单倍群,高频单倍群有 R1b1a1a1(9.21%), R1a1a1b2a1a(7.89%), R1a1a1b2a2b(6.58%), C3c1(6.58%). 三个隔离人群与维吾尔族、蒙古族、撒拉族亲缘 关系较近;

在单倍群类型和频率上与维吾尔族最接近且无显著性差异 (f=0.833,p=0.367).此外,三个隔 离人群单倍群类型和频率显示明显的亚欧混合现象,经过长期基因融合使其具有中亚人群的典型特征, 适用于法医遗传学. 关键词:隔离人群;

Y 染色体;

单核苷酸多态性;

单倍群;

遗传多样性 中图法分类号 :Q987;

文献标识码 : A;

?文章编号 : 1000-3193(2018)01-0146-11 A study of genetic diversity of three isolated populations in Xinjiang using Y-SNP LIU Shuhu, NIZAMYilihamu, RABIYAMU Bake,ABDUKERAM Bupatima, DOLKUN Matyusup College of the Life Sciences and Technology, Xinjiang University, Urumqi

830046 Abstract: The Keriyan, Lopnur and Dolan peoples are isolated populations with sparse numbers living in the western border desert of our country. By sequencing and typing the complete ? ?

147 ? Y-chromosome of

179 individuals in these three isolated populations, all mutations and SNPs in the Y-chromosome and their corresponding haplotypes were obtained. Types and frequencies of each haplotype were analyzed to investigate genetic diversity and genetic structure in the three isolated populations. The results showed that

12 haplogroups were detected in the Keriyan with high frequencies of the J2a1b1 (25.64%), R1a1a1b2a (20.51%), R2a (17.95%) and R1a1a1b2a2 (15.38%) groups. Sixteen haplogroups were noted in the Lopnur with the following frequencies: J2a1 (43.75%), J2a2 (14.06%), R2 (9.38%) and L1c (7.81%). Forty haplogroups were found in the Dolan, noting the following frequencies: R1b1a1a1 (9.21%), R1a1a1b2a1a (7.89%), R1a1a1b2a2b (6.58%) and C3c1 (6.58%). These data show that these three isolated populations have a closer genetic relationship with the Uygur, Mongolian and Sala peoples. In particular, there are no significant differences in haplotype and frequency between the three isolated populations and Uygur (f=0.833, p=0.367). In addition, the genetic haplotypes and frequencies in the three isolated populations showed marked Eurasian mixing illustrating typical characteristics of Central Asian populations. Key words: Isolated population;

Y-chromosome;

SNP;

Haplogroup;

Genetic diversity

1 前言Y染色体只能由父亲传给儿子,而Y染色体非重组区域 (Y-NRY) 在减数分裂过程中 不与 X 染色体配对,这使其只通过碱基突变来积累变异信息 [1] .因此通过测定 Y-NRY 的 突变标记,可追踪父系遗传的进程.加上 Y 染色体单核苷酸多态性 (Y-SNP) 具有很强的 地域特异性,测定不同地域人群的 Y 染色体单倍群类型,可推断人群进化、迁徙及相关 历史活动,能有效地评估群体的遗传结构 [2,3] .SNP 即单核苷酸多态性,指在基因组水平 上由单个核苷酸的变异所引起的 DNA 序列多态性,其多态性丰富.2002 年YCC[4] (国际 Y 染色体协会)对世界不同地域人群

74 名男性个体的

245 个Y-SNP 位点检测分析构建了 包含

153 个单倍群的进化树.2008 年Karafet 等[5] 用599 个Y-SNP 位点构建了含

311 个 单倍群进一步拓扑了 Y 染色体进化树. Su 和Jin 等[6,7] 运用

19 个位点构建了

17 种单倍型群,

7 种单倍型只存在东亚人群中,通过研究发现南方群体的单倍群多样性比北方群体高,认 定东亚人群起源于南方, 并构建了父系迁徙线路. 因Y-SNP 具有父系遗传、 地域特异性强、 多态性丰富等特点广泛应用到人类的起源、演化、法医遗传学、疾病等研究中 [8-11] . 克里雅人处于塔克拉玛干沙漠腹地, 高温干旱、 沙尘暴频繁 [12-14] , 生活环境非常恶劣. 由于地理位置偏远、交通不便,只与邻近地区的来往,克里雅人至今还过着半定居、半游 牧、与世隔离的生活.关于其起源如今还不清晰:有人支持是西藏藏族的后裔;

有人认为 是当地沙漠土著居民;

还有人猜测克里雅人是

2000 年神秘消失的古楼兰人的一支. 罗布人地处塔克拉玛干沙漠北延的罗布泊地区,近年由于环境的恶化、罗布泊干涸 导致动植物的消亡,罗布泊地区变为 死亡之地 ,生活条件更加恶劣 [15,16] .罗布人起 源有不同的说法:普尔热瓦尔斯基根据罗布人的外貌特征判断其是蒙古人和雅利安人的混 ? ?

148 ?

37 卷血;

以王野苹为代表的一些学者认为是塔里木盆地古老的土著人;

有些学者还认为罗布人 是在公元前后出现于今天塔里木盆地中南部的楼兰国的居民之一. 刀郎人地处塔克拉玛干沙漠西北边缘交通状况不佳,与外界交流很少,生活环境恶 劣[17, 18] .其起源主要依据历史记载、文化生活习俗、村镇废墟及古墓研究,有4种说法: 土著说 、 回纥说 、 蒙古说 、 混成说 ,持 混成说 的人最多. 本研究目的为:收集、保存特殊人群的基因资源;

通过 Y 染色体全序列测序、分型 全面的探究三个隔离人群 Y 染色体遗传结构和遗传多样性;

为三个隔离人群的起源在分 子遗传学角度提供凭证,进而丰富、完善中华民族遗传多样性研究.

2 材料与方法 2.1 血液样本采集 研究所用的

179 份血液样本来源如图 1.克里雅人血样采自于田县达里雅布依乡(39 例) ;

罗布人血样采自尉犁县喀尔曲尕乡 (64 例) ;

刀郎人血样采自阿瓦提县乌鲁却勒镇 (76 例).取样在当地医护人员的帮助下,随机选取身体健康、个体之间无相关、三代以上均 生活在本地、无异族通婚史的个体,并与受检者签署知情同意书.每人抽取外周血

5 mL, EDTA 抗凝,超低温冰箱保存. 图1血液样本来源图 Fig.1 The populations distribution map ? ?

149 ? 2.2 基因组 DNA 提取 Genview 公司基因组 DNA 抽提试剂盒(离心柱法):严格按照试剂盒操作步骤提 取基因组 DNA;

主要仪器:台式高速离心机:TG24-WS, 郑州宏郎仪器设备有限公司;

移液枪:Nichipet V, Nichiryo 公司;

漩涡混合器:安胜 V6, 广东安胜仪器有限公司;

电 热三用水箱:HHW21.420ALL, 天津泰斯特仪器有限公司. 2.3 Y 染色体全序列测序及单倍群分型 测序步骤(测序公司提供):NanoDrop 测定 gDNA 浓度 → 琼脂糖凝胶电泳检查 gDNA 的完整性 → 使用 Covaris 将gDNA 打断 → 用sample purification beads 进行纯化 → 修补产物末端成平末端用磁珠进行片段筛选 → 在3'

末端加 A→ 片段的两端分别与通 用的接头相连接(其中一个接头带有特异性的 barcode 序列,用以区分样本的来源)→ 纯化连接产物去除连接不完整的产物以及接头自连产物 → 运用与接头序列互补的通用引 物对之进行

8 个循环的 PCR 扩增 → 纯化 PCR 扩增产物去除引物二聚体 → 琼脂糖凝胶 电泳质检及 Qubit 浓度测定和

2100 Bioanalyzer 片段长度测定 →gDNA 文库构建完成 → 调整待测 gDNA 文库浓度至

3 nM→ 在cBot 上完成 cluster generation→ 将flowcell 转移到 HiSeq X 测序系统上, 按照 Illumina 的标准流程进行测序得到所有个体的完整的碱基序列. 单倍群分型:个体突变的 SNP 位点依据 YCC 网站(https://isogg.org/tree/OLDISOGG- YDNA-SNP-Index.html)查询比对确定个体隶属的单倍群. 2.4 数据分析 通过直接计数法统计各人群所含单倍群的频数及频率;

运用 Mega7.0 软件依据突变 的SNP 碱基序列绘制人群 NJ 系统进化树;

主成分分析使用 SPSS19.0 软件.我们还收集 了已报道的我国不同人群的 Y 染色体单倍群频率数据进行比较研究.

3 结果 3.1 Y-SNP 单倍群的频率分布 三个隔离人群 Y 染色体单倍群类型及频率见表 1.克里雅人检测出

6 大主单倍群 共12 个单倍群类型, 其中单倍群J2a1b1 (25.64%), R1a1a1b2a (20.51%), R2a (17.95%), R1a1a1b2a2 (15.38%) 频率较高.罗布人检测出

8 大主单倍群

16 个单倍群类型,其中单倍 群J2a1 (43.75%), J2a2 (14.06%), R2 (9.38%), L1a2 (7.81%) 频率较高.刀郎人检测出

10 大 主单倍群共

40 个单倍群类型,各单倍群频率都不太高但是类型分布广泛,其中主单倍群 R, C, J, Q 频率较高,特别是 R 单倍群及下游亚单倍群共检出

14 个单倍群类型频率高达 47.39%.单倍群 O 在参考的各地汉族、回族、哈萨克族、锡伯族、藏族和俄罗斯族中有 高频分布,三个人群中都有检测到但频率有一定差异(分别为 2.56%, 7.81%, 5.27%),这 与此单倍群广泛高频分布在东亚汉族占 75% 以上,在亚洲西部和欧洲不存在相吻合 [23] . ? ?

150 ?

37 卷表1Y染色体单倍群频率分布 Tab.1 Y-chromosome haplogroup frequency distribution 单倍型 频率(%) 单倍型 频率(%) 单倍型 频率(%) 单倍型 频率(%) C3c1 2.56 C3c1 3.13 C3b 3.95 Q1b1 2.63 G2a2b2a1a2a 2.56 H1 1.56 C........