阿特魯伊‘塔摩之王’面具
描繪了日本古代東北地區著名蝦夷族酋長 Aterui(塔摩之王)的面具。來自東北亞的蝦夷人被認定為日本第三大祖先群體。來源:© Avalon.red / Alamy Stock Photo,已編輯

一項大規模DNA研究改寫了日本人的祖先——這可能有助於未來的醫學

科學家剛剛對日本人的根源有了令人驚訝的發現。透過分析日本各地 3,200 多名個體的完整基因組,研究人員發現,日本人口並非像長期以來認為的那樣僅由兩個祖先群體塑造,而是由三個祖先群體塑造。

日本的遺傳多樣性

一項突破性的基因研究剛剛改寫了我們對日本起源的認知。[1]日本理化學研究所綜合醫學科學中心的科學家發現了強有力的證據,證明今天的日本人口不是來自兩個,而是三個古代群體——這一發現引起了遺傳學界的關注。

多年來,人們一直認為日本的祖先主要源自於繩紋時代的狩獵採集者和來自東亞的稻米種植移民。但這項新研究增加了第三個參與者:蝦夷族,一個來自東北亞的鮮為人知的群體。這支持了一個日益流行的理論:日本的根源比我們以前認為的更加複雜和多樣化。[2]

領導這項研究的日本理化學研究所 Chikashi Terao 表示,日本人口的基因並不像大家想像的那樣同質。 “我們的分析揭示了日本精細的亞人口結構,該結構根據該國的地理位置進行了非常精細的分類。”

繩文漢代中國俑
左側的泥人是在日本發現的,與繩文人有關,繩文人是日本南部亞熱帶島嶼沖繩島上最主要的祖先之一,而居住在日本西部的人與漢族有更多基因上的相似性,右側的泥人就是其中的代表。來源:左:© Penta Springs Limited / Alamy Stock Photo;右圖:© Cai Liang / Alamy Stock Photo

梳理線索

為了揭開這些隱藏的祖先線索,研究小組對日本七個地區(從北海道到沖繩)超過 3,200 人的完整 DNA 進行了定序。這是有史以​​來針對非歐洲人群進行的最大規模研究之一,由於全基因組定序能夠揭示一個人 DNA 的全部 30 億個鹼基對,因此它比以前的方法提供了更深入的觀察。

它提供的資訊量比迄今為止應用更廣泛的 DNA 微陣列方法大約多 3,000 倍。 Terao 表示:“全基因組定序讓我們有機會查看更多數據,從而幫助我們發現更多有趣的東西。”

探索祖先聯繫和罕見基因變異

為了進一步增強數據的實用性並研究基因與某些疾病之間的潛在聯繫,他和他的合作者將獲得的 DNA 資訊與相關臨床數據相結合,包括疾病診斷、測試結果以及醫療和家族史資訊。他們將所有這些資訊整理到一個名為日本全基因組/外顯子定序百科全書(JEWEL)的資料庫中。

Terao 特別感興趣的主題是稀有基因變異的研究。 「我們推斷,罕見變異有時可以追溯到特定的祖先種群,並且可以為揭示日本境內的精細遷徙模式提供信息,」他解釋道。

他們的猜測被證明是正確的,有助於揭示日本血統的地理分佈。例如,繩文血統在沖繩南部亞熱帶海岸最為普遍(佔樣本的 28.5%),而在西部則最低(僅佔樣本的 13.4%)。相較之下,居住在日本西部的人與漢族人有更大的基因親和力——Terao 的團隊認為,這可能與公元 250 年至 794 年間來自東亞的移民湧入有關,也反映在該地區全面採用中國式立法、語言和教育體系的歷史上。

另一方面,蝦夷族血統在日本東北部最常見,向西部逐漸減少。

來自古人類DNA的見解

研究人員也對 JEWEL 進行了檢測,尋找從尼安德特人和丹尼索瓦人遺傳的基因,這兩群古人類曾與智人雜交。 Terao 表示:「我們感興趣的是為什麼古代基因組會整合並保留在現代人類 DNA 序列中。」他解釋說,這些基因有時與某些特徵或條件有關。

例如,其他研究人員已經證明,西藏人在一種名為EPAS1的基因中擁有源自丹尼索瓦人的 DNA ,這種 DNA 據信有助於他們在高海拔環境中定居。[3]最近,科學家發現,3 號染色體上的一組尼安德特人遺傳基因(大約一半的南亞人都具有這種特徵)與呼吸衰竭和其他嚴重 Covid-19 症狀的更高風險有關。[4]

Terao 團隊的分析揭示了當今日本人身上存在的 44 個古老 DNA 區域,其中大多數是東亞人獨有的。其中包括一種源自丹尼索瓦人的基因,位於NKX6-1基因內,已知該基因與 2 型糖尿病有關,研究人員稱,這可能會影響人們對用於治療該疾病的口服藥物司美格魯肽的敏感性。他們還發現了 11 個源自尼安德特人的片段,這些片段與冠狀動脈疾病、前列腺癌、類風濕性關節炎和其他四種疾病有關。

個人化醫療的未來

日本理化學研究所領導的研究人員也利用罕見基因變異的數據來揭示疾病的潛在原因。例如,他們發現一種名為PTPRD的基因變體具有「高度破壞性」的潛力,因為它可能與高血壓、腎衰竭和心肌梗塞有關,Terao 實驗室的資深科學家、該研究的第一作者劉曉曦說。

此外,科學家也注意到GJB2ABCC2基因中存在大量變異(也稱為功能喪失變異),它們分別與聽力損失和慢性肝病有關。

Terao 表示,弄清楚基因、基因變異之間的關係以及它們如何影響特徵(包括疾病易感性),有朝一日可能有助於科學家開發個人化醫療。

他說:“我們試圖找到並分類日本人特有的功能喪失基因變異,並了解為什麼他們更容易出現某些特定的特徵和疾病。” “我們希望將人口差異與遺傳差異聯繫起來。”

未來,他希望擴展 JEWEL 並在資料集中包含更多的 DNA 樣本。長期以來,大規模基因組研究一直集中在分析歐洲血統族群的數據。但 Terao 表示,“將這項技術推廣至亞洲人群非常重要,這樣從長遠來看,我們也能從中受益。”

參考:

  1. 「透過全基因組定序解碼日本人群的三祖起源、古老基因滲入和自然選擇」 作者:Xiaoxi Liu、Satoshi Koyama、Kohei Tomizuka、Sadaaki Takata、Yuki Ishikawa、Shuji Ito、Shunichi Kosugi、Kunihiko Suzuki、Kan Hikino、Yokan Koock、Yooo、kunihiko Suzuki、Kan Hikino、Yikkako、Yahkiak、Makahii Hikak、Makkan Hikak、Yakkak說話、Yahooironi Hikak、Makki Hikak、Yakk發展休息、Yiki Hakic、Yahooironi Hikak、Yakkan Hikak、Yakk發展看 Gakashik、Yakk發展看 G一些。 Ikekawa、Kochi Matsuda、Yukihide Momozawa、Kaoru Ito、Yoichiro Kamatani 和 Chikashi Terao,2024 年 4 月 17 日,《科學進展》
    DOI: 10.1126/sciadv.adi8419
  2. 「古代基因體學揭示了日本人口的三重起源」作者:Niall P. Cooke、Valeria Mattiangeli、Lara M. Cassidy、Kenji Okazaki、Caroline A. Stokes、Shin Onbe、Satoshi Hatakeyama、Kenichi Machida、Kenji Kasai、Naoto Tomioka、Ahihiko M​​i hahley Kohiakkahaahii a​​inai、Danieldial Nahhiko M​​i hahley、Khiakkahhia.和中込茂樹,2021 年 9 月 17 日,《科學進展》
    DOI: 10.1126/sciadv.abh2419
  3. 《類丹尼索瓦人 DNA 滲入導致藏人的海拔適應》,作者:Emilia Huerta-Sánchez、Xin Jin、Asan、Zhuoma Bianba、Benjamin M. Peter、Nicolas Vinckenbosch、Yu Liang、Xin Yi、Mingze He、Mehmet Somel、Peixiang Ni、Boangi、Xin Yi、JYia、Mehmet Somel、Yiang Niangy Cuo、Kui Li、Guoyi Gao、Ye尹、王偉、張秀清、徐迅、楊煥明、李英瑞、王健、王軍和 Rasmus Nielsen,2014 年 7 月 2 日,《自然》
    DOI: 10.1038/nature13408
  4. Hugo Zeberg 和 Svante Pääbo 在《自然》雜誌上發表文章“嚴重COVID-19的主要遺傳風險因素是從尼安德特人那裡遺傳的”,2020 年 9 月 30 日DOI:10.1038/s41586-020-2818-3