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宿兵课题组揭示藏族人群在高原缺氧环境中保持高生殖力的遗传机制
2023-08-29 来源:比较基因组学学科组 作者:和耀喜
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  作为最早进入高原并成功定居高原的人群,生活在青藏高原的藏族被认为是目前最适应高原的人群,也是研究人类适应极端环境的最佳对象。经过长期的自然选择,藏族人群已经进化出一套适应高海拔低氧极端环境的生理机制。然而,藏族人群在高原低氧极端环境中保持高生殖力并成功繁衍后代的遗传机制一直没有答案。 

  根据达尔文对“适应”(adaptation)的定义,适应=成功生存(successful survival)+成功生殖(successful reproduction)。对于藏族人群如何在高原环境中成功生存已经有大量的研究报道,宿兵课题组近十几年来也在此方面做了大量研究。然而,关于藏族人群如何在高原环境中成功繁衍后代的研究还很少,主要原因是很难找到一个有效的指标来反映人群的繁殖成功率。从进化的意义上,一个群体对环境的适应程度可以用适合度(fitness)来衡量,即通过个体成功繁殖后代的数来定量表征。然而,对于人类群体来讲,由于世代时间长,直接计算后代数量通常是不可行的。所以,生殖适合度可以基于新生儿存活率、出生体重和发育状态来间接评估,这些都是与繁殖成功有因果关系的重要表型。 

  为了探究藏族人群在高原低氧环境中保持高生殖适合度的遗传机制,bob体官网宿兵团队与西藏阜康妇产儿童医院合作,对2252对高原藏族母亲和新生儿进行了系统的表型分析和全基因组关联分析。表型涵盖了12个与适合度相关的生殖表型和76个母亲临产前的生理表型。结果发现,与在同一高海拔地区(3650米的拉萨)生育的汉族相比,藏族有更高的生殖适合度(高约25%),表现为流产率更低,新生儿出生体重更高,胎儿发育更好。全基因组关联分析的结果表明,藏族人群在高原环境中的高适合度是多基因适应(polygenic adaptation)的结果。研究人员发现母亲和胎儿自身的适应性遗传背景在该过程中都发挥了作用,并提出了一个新的理论模型。同时,研究团队还利用EPAS1基因编辑小鼠模型分析在慢性缺氧条件下的生殖适合度,实验证明了该理论模型。 

  本研究通过藏族人群在高原环境下的生殖适合度表型和遗传机制研究,揭示了极端环境下人类生殖适合度的表型模式和遗传调控机制,首次在人群层面对进化意义上的适合度进行了测量,用极端环境下的人群适合度变化证明了人类群体经历过的和正在经受的达尔文自然选择作用。本研究将促进对人类适应极端环境的生物学机制的理解,并对高原医学和生理学提供重要的参考。 

  该研究成果于2023年8月28日在线发表于国际知名综合学术期刊Current Biology。中国科学院bob体官网和耀喜、郭永博、郑王山、岳天、张慧(现就职于昆明理工大学)、王斌(西藏阜康医院)为论文的共同第一作者。宿兵研究员、祁学斌研究员(现就职于昆明理工大学)、和耀喜副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、云南省高层次人才培养计划、中国科学院青年创新促进会、西藏自治区省级重点研究开发转化项目、遗传资源与进化国家重点实验室开放课题的资助。 

  文章链接: https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.08.021 

  图示. 高原人群队列研究揭示了藏族人群在高原低氧环境中保持高生殖力并成功繁衍后代的遗传机制 (Photo by Kevin Frayer) 


 


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