复旦大学 人群进化研究中心

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1 分子人类学与 人群遗传多样性 公晓红生命科学学院

2 观察人类演化史的窗口 考古学 语言学 历史学 人类学 遗传学

3 人类从哪里来? 东亚人从哪里来? 直立人 现代人 何时何地? 如何来此? 源 流 人的起源 遗传学视角 现代人群遗传结构 人的迁徙 人类进化史

4 共同起源?

5 形态的多样性

6 民族的多样性

7 DNA 是遗传物质

8 基因组 染色体 基因 蛋白质或其复合体承担细胞功能 基因编码蛋白质 蛋白质

9 碱基和 DNA 结构

10

11 每个细胞里的基因组是相同的

12 我们的基因组 个线粒体 细胞 核基因组 32 亿个碱基对 23 2 个染色体 线粒体 DNA 1 万 6 千个碱基环状 From Jobling et al.

13 重组 常染色体 + X 染色体 3,000,000 kb 不重组 线粒体 DNA 16.7 kb 60,000 kb Y 染色体

14 人类基因组 线粒体 Y 染色体 常染色体 碱基数 16K 60,000K 3,000,000K 遗传方式母系父系父母系 是否重组否否是 突变速率 快 慢 慢 群体大小 1/4 1/4 1

15 Y- 染色体, 一个家族的姓氏基因

16 突变产生遗传多样性

17 G T 突变 A T G C T G C T A A T G C

18 体细胞突变 生殖细胞突变 两种不同类型的突变 Modified from Jobling et al.

19 低能量离子辐射如 α 粒子 代谢产生的自由基 生殖细胞 低能量辐射如紫外线 DNA 复制错误 体细胞 化学诱变剂 突变的来源 Mutagen and Mutagenesis 高能量离子辐射如 γ 粒子 Modified from Jobling et al.

20 基因突变经常发生 点突变称为 SNP 造成个体间的差异 作为遗传标记 有些可能影响表型

21 表型多样性源于 遗传的多样性 数千万个变异 每两人差别 :~300 万

22 错义突变 (missense mutation)

23 基因突变 镰刀型细胞贫血症 蛋白质缺陷 正常的 突变的

24 基因和环境与人类疾病 环境 基因 血友病 囊性纤维化 大肠癌 乳腺癌 中风老年痴呆糖尿病哮喘 心血管疾病 肺癌 皮肤癌 车祸

25 Y 染色体单倍型分布

26 群体遗传学基本概念 遗传标记 等位基因 群体 频率 群体 1 群体 2 7/14 7/14 9/14 5/14 群体 3 群体 4

27 遗传变异的种类和分析

28 From Jobling et al. 染色体变异 基因组结构变异 重复片段变异 核苷酸变异

29 From Jobling et al. 突变率每个位点 / 每代 不同类型突变的发生率差异巨大

30 核苷酸变异 From Jobling et al.

31 缺失 / 插入变异 From Jobling et al.

32 重复片段变异 ( 微卫星 ) From Jobling et al.

33 各类重复片段变异比较 From Jobling et al.

34 CNV ( 拷贝数变异 ) Deletion 1 or 0 copy Normal 2 copies Duplication > 2 copies

35 CNV covering 30% of human genome chromosomes segments genes exons Conrad et al.

36 突变率的性别差别 From Jobling et al.

37 突变率的年龄差别 From Jobling et al.

38 遗传检测技术 NGS CGH array SNP array BAC array CGH MLPA FISH Karyotyping 100Mb 10Mb 1Mb 100Kb 10Kb 1Kb 100bp 10bp 1bp

39 PCR From Jobling et al.

40 From Jobling et al. Sanger s dideoxy DNA sequencing 测序视频

41 Sequencing electropherograms showing SNPs From Jobling et al.

42 MLPA (Multiples ligation-dependent probe amplification)

43 NGS (next generation sequencing)

44 DNA 指纹 指纹是人的独特特征, 两个不同的人具有相同指纹的概率为几十亿分之一, 这对于案件的侦破有很大的帮助 DNA 也是人的独特特征 人与人之间不同的 DNA 碱基对数目达百万之多 ( 克隆人除外 ), 因此人们就可以利用 DNA 分辨人与人的不同了 指纹是可以抹去的, 但 DNA 指纹却无法改变或抹去, 只需要一滴血或是一根头发就可以进行鉴定

45 由于罪犯很容易留下包含了 DNA 信息的罪证 并且这种技术的准确率极高, 因此被许多国家广泛采用, 英 美等国家也都相应建立起了 DNA 数据库 随着技术的不断进步, DNA 指纹技术在方方面面得到了越来越多的实践

46 DNA 寻亲 战争 穷困 拐卖妇女和儿童等罪案令不少家庭与亲人失去联络 试想想在中国十二亿人口下寻找一個数十年沒有見面的亲人是多么难的一件事 DNA-> 拉登? 通过比较人体内的 DNA 分子可进行安全 方便而又准确的亲子鉴证 把不同的 DNA 资料放进一个大型的数据库中, 便可简单快捷地配对到寻亲者与失散家人的资料 同样可以给与遇难士兵的身份证明

47 DNA 分析在法医学中的应用 Forensic applications of DNA evidences 鉴定工具 Confirmatory tools 个体鉴定 individual identification 亲属鉴定 paternity test 调查工具 Investigative tools 所属人群推定 inference of population-affiliation 人类学特征的推测 inference of anthropological characteristics

48 常用法医 STR 位点

49 遗传多样性形成和维持 突变 : 增加多样性 重组 : 增加多样性 遗传漂变 : 去除多样性 迁徙 ( 交流和混合 ): 修饰多样性 自然选择 : 修饰多样性 群体扩张 : 维持多样性

50 遗传多样性形成和维持 突变 : 增加多样性 重组 : 增加多样性 遗传漂变 : 去除多样性 迁徙 ( 交流和混合 ): 修饰多样性 自然选择 : 修饰多样性 群体扩张 : 维持多样性

51 重组 (Recombination)

52 单倍型

53 遗传多样性形成和维持 突变 : 增加多样性 重组 : 增加多样性 遗传漂变 : 去除多样性 迁徙 ( 交流和混合 ): 修饰多样性 自然选择 : 修饰多样性 群体扩张 : 维持多样性

54 遗传漂变

55 漂变的程度由群体大小决定 Jobling et al.

56 极端的漂变 - 瓶颈效应 Jobling et al.

57 漂变产生群体特异性标记 Population A Population C Population B

58 遗传多样性形成和维持 突变 : 增加多样性 重组 : 增加多样性 遗传漂变 : 去除多样性 迁徙 ( 交流和混合 ): 修饰多样性 自然选择 : 修饰多样性 群体扩张 : 维持多样性

59

60 东亚人群从南方进入东亚 时间 :30~40 KBP Am. J. Hum. Genet Nature Reviews Genetics 2000 Am. J. Hum. Genet. 2005

61 泛亚 SNP 项目 目标 : 构建泛亚地区人群基因组多样性图谱成员 : 11 个国家和地区 主要结论 : 1) 遗传与语言密切相关 2) 东亚人群主要来自东南亚 Jin et al. Science 2009

62 To America Uralian To America Tonguz Sino-Tibetan Hmong-Mien Korean Japanese Austro-Asiatic Daic Andamanese Austronesian Papuan Australian

63 遗传多样性形成和维持 突变 : 增加多样性 重组 : 增加多样性 遗传漂变 : 去除多样性 迁徙 ( 交流和混合 ): 修饰多样性 自然选择 : 修饰多样性 群体扩张 : 维持多样性

64 进化的旋律 基因突变 基因突变 选择 适应

65 在自然选择压力下 等位基因频率变化 强选择 弱选择 无选择

66 进化中选择的要素 选择的方式 : 自然选择, 人工选择 选择的对象 : 遗传多样性 ( 突变先于选择 ) 选择的动力 : 适应环境及其变化 环境 气候 食物 病原体等 选择的结果 :( 可遗传的 ) 表型发生变化 选择的印迹 : 遗传多样性的选择性清除 位点的遗传多样性降低 片段的遗传多样性降低

67 高原适应变异与海拔高度 Xu et al. Mol Biol Evol 2011

68 人群肤色的分布

69 遗传多样性形成和维持 突变 : 增加多样性 重组 : 增加多样性 遗传漂变 : 去除多样性 迁徙 ( 交流和混合 ): 修饰多样性 自然选择 : 修饰多样性 群体扩张 : 维持多样性

70 6,000 年前,3 个 Y 单倍 型 ( 占汉族 40%) 扩张 F39 F kya 5.93 kya F kya

71 人群迁徙 ( 路线 时间 ) 新环境 气候 / 食物 / 病原体 自然选择 ( 机制 结果 ) 交流混合 ( 方式 时间 ) 修饰 遗传多样性 ( 遗传结构 ) 维持 群体扩张 ( 时间 程度 ) 突变 / 重组 ( 机制 频率 ) 遗传漂变

72 总结 DNA 是遗传物质 突变产生遗传多样性 多种变异可用于分析遗传多样性 塑造遗传多样性的多个因素 增加多样性 : 突变 重组 消除多样性 : 遗传漂变 修饰多样性 : 迁徙 自然选择 维持多样性 : 群体扩张

73 谢谢!

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