全球不同高原人群低氧适应与进化的机制研究

在前期发现EPAS1是重要低氧适应基因并影响血红蛋白浓度这一突破的基础上， 课题拟从三个角度揭示人群不同的低氧适应与进化机制。第一部分采用不同氧培养条件的汉藏细胞样品和不同高度生育的汉藏胎盘样品进行转录组测序、低氧因子调控表达、甲基化分析等研究EPAS1在低氧中的表达调控机制和藏族高原适应与高原婴儿生存相关的表达特点与分子通路。还进行全基因组测序发现藏族高密度SNP和CNV特点，并通过精细比对揭示人群演化信号和涉及分子通路。第二部分通过对汉族低氧适应和不适应人群全基因组数据的关联分析初步确定汉族存在的低氧适应多态位点，并在扩大特别是高原不适应人群中进行验证。同时分析中亚高原人群样品并与汉、藏人群进行比较。第三部分为全球各高原的人群特异性低氧适应相关的自然选择信号比较。首先合作获得各人群数据进行系统生物学分析筛查候选基因，通过高密度SNP分型或重测序等确定不同大陆低氧适应进化的人群分化特点。

本项目正对人群高原低氧环境适应的遗传及分子机制进行了深入研究，利用基因组学，细胞生物学及分子生物学手段实现了对藏族低氧适应重要基因EPAS1的分子生物学机制解析；藏族低氧适应性遗传机制及分子通路解析；利用常染色体标记解析藏族人群进化历史。.在解析EPAS1基因在低氧适应中功能的研究中，利用胎盘转录组分析，发现藏族适应高原低氧的一个重要因素就是维持EPAS1的稳定表达状态。同时，利用目标区域捕获测序方法，课题组发现一个在EPAS1内部的增强子上存在汉藏频率差异的多态位点，细胞生物学研究显示该位点的不同基因型具有显著差异的增强子活性，进一步的染色体构象捕获测序，确定了该增强子可能调控一些lncRNA，且影响染色体拓扑结构。一系列结果提示，该位点极有可能是EPAS1基因上自然选择信号指向的功能变异。.在解析藏族低氧适应性遗传基因及分子通路的研究中，利用候选区域捕获测序，及自然选择信号解析，课题组发现在EPAS1区域存在平衡选择和正选择的混杂。同时还确定EDAR基因在藏族人群中受到负选择，并确定了一个新的正选择候选基因MTHFR。利用单体型及祖先成分组成分析，发现一系列与低氧诱导通路相关的调控基因及miRNA存在较强的汉藏分化。更重要的，通过解析极端高原低氧适应的藏族登山运动员基因组特征，确定钙信号通路在藏族高原适应的遗传因素中占据重要地位，且不同海拔地区的藏族人群受选择的微效基因在钙信号通路存在富集。.在解析藏族人群进化历史的工作中，课题组利用常染色体遗传标记对不同方言区的藏族群体进行了分析，确定藏族内部基因组特征呈方言区聚集状态，在方言区内部成海拔相关性分布。同时，确定遗传距离最远的康巴与卫藏方言区的群体分离时间约1400年。基因组杂合度、长单体型数量、近交系数的分析提示，藏族可能是一个混合人群，且经历了多次向高原迁徙的时间。现代藏族是5000年前东亚地区移民与20000年前的移民的后代。利用基因组信息，推断高原祖先人群对于现在藏族的基因组贡献度达到0.52-0.79。祖先人群由东亚人群发展而来，且与南美洲人群具有更近的亲缘关系。.研究工作还在汉族高原习服人群基因组特征及藏族与安第斯人群高原适应机制差异方面取得一定成果。