基于群体基因组序列的人类群体遗传结构调查新方法的研究

基于人群全基因组序列数据的群体遗传结构研究正成为国际上遗传学研究的一个新方向，迫切需要新的分析方法来处理和使用丰富的基因组序列数据。结合群体遗传学与群体基因组学的学科发展需求和本课题组在群体遗传学及计算生物学领域的已有工作基础与优势，拟通过该项目的研究，发展基于基因组序列数据的群体遗传结构研究的新方法。研究内容主要包括：一、发展新的统计检验方法用以检测样本间的遗传结构差异。基于基因组序列的系统发生树及网络提出新的统计量，通过分析统计量的概率分布，结合相应的统计检验方法，来检验样本间是否存在遗传结构差异。二、发展用于估计群体遗传学参数的新方法。基于基因组序列数据及多群体的遗传学模型，将发展新方法用于联合估计群体遗传学研究中的各种重要参数，例如各群体的有效群体大小及其变化、群体分歧时间、群体间基因交流速率和祖先群体对混合群体的遗传贡献率等。我们将提供相应高效软件工具以推广运用这些新方法。

基于人群全基因组数据的群体遗传结构研究是国际上群体遗传学研究的一个重要方向，迫切需要新的分析方法来处理和使用丰富的基因组数据。我们发挥本课题组在群体遗传学领域的已有工作基础与优势，结合群体遗传学和群体基因组学的学科发展需求，发展了一系列基于基因组数据的群体遗传结构研究新方法，并成功地应用于实际数据分析工作。.在过去四年中，我们在国家自然科学基金面上项目的资助下，按原定计划高质量完成了项目中的预定系列研究。为通过对序列数据的统计分析发现遗传样本的群体遗传结构异质性，我们发展了一个新的蒙特卡洛随机乱序方法用于对婚配随机性进行统计检验。为考察人群混合对遗传结构的影响，我们发展了可以在祖先群体数据缺失情况下运用的群体混合遗传模型。通过对将模型与实际数据拟合，我们推断了石器时代日本人的遗传源流并估计了其对当代日本人的遗传贡献。着眼于群体增长模式，各时期有效群体大小变化，群体分歧时间等群体遗传学中的重要参数，我们发展了新的群体遗传学参数估计方法。使用新方法，我们研究了美洲印第安人群体之间的遗传分歧。我们以创新的视角用“遗传背景均一性”来定义群体，发展出的遗传结构分析方法较以往的方法从科学概念方面更加合理，为进一步工作打开了思路。此外，课题组还研究了使用基因组序列检测晚近发生的定向选择，以及在有遗传重组的情况下重建个体进化关系树等重要问题。.在项目工作中，我们取得了一系列有意义的研究成果。新的蒙特卡洛随机乱序方法在各种遗传情景下都能准确地控制第一类错误的发生率，且统计效力远超传统的基于卡方检验的方法。对当代日本人群的研究显示，绳文人对琉球人群遗传贡献约占54.3~62.3%，而对日本本岛上当代人群的贡献只有约23.1~39.5%。通过位点频率分析，我们进一步认为绳文人的遗传成分源自东北亚。对美洲印第安人群体的研究显示，人类在美洲的扩散是一个行序渐进的过程。早期人类在北美滞留了一个较长的时间后，才进入中南美并快速扩散到各地。我们发展的新的统计分析方法对受定向选择位点的准确定位能力大幅度高于其他方法，且在各种群体人口学因素发生变化时非常稳健。此外，课题组还发展了新的方法用于在有重组的情况下根据序列数据重建个体的系统发生树。. 本项目在四年的执行期中已发表SCI论文5篇，待发表1篇。与其他课题共同培养博士研究生5名，毕业5名；博士后1名，出站1名。