亚洲人群嗅觉受体基因的遗传多样性和环境适应的群体基因组学研究

Olfaction is one of the representative human traits that have undergone adaptive evolution, and is closely related to the olfactory receptor (OR) genes. OR genes are widely distributed across human genome, and have been extensively investigated in molecular biological studies. However, genetic studies related to OR genes are rare. Linguistic and behavioral studies have reported the differences of olfaction in human populations with various subsistence modes, but the genetic mechanisms are still ambiguous. In this project, based on the next-generation sequencing technology, we plan to carry out a comprehensive characterization of the genetic diversity and local adaptation of OR genes in several Asian populations with various subsistence, including farmers, nomads and hunter-gatherers, and further explore the mechanisms of the adaptive evolution. This project, taking the OR genes as a cut-in point, may provide implications for understanding the genetic pattern and mechanisms of human micro-evolution, as well as provide genetic basis for disease studies.

嗅觉是人类演化过程中发生遗传适应的典型性状之一，与嗅觉受体（Olfactory receptor，简称OR）基因密切相关。人类基因组中OR基因数量多、分布广，具有广泛的分子生物学研究基础，而相关的遗传学研究较为匮乏。语言学和行为学研究报道了不同农业形态下人群嗅觉能力的差异，为探究其背后的遗传学机制，本项目选择亚洲不同环境和生活方式下的代表性人群，包括农耕人群、游牧人群和狩猎人群等，利用全基因组二代测序技术，对OR基因的遗传多样性和自然选择进行全面评估，阐明OR基因的演化机制。本项目从OR基因遗传多样性和遗传适应的角度来理解人类微观进化的规律和驱动机制，其本质上体现的生理优化过程也具有一定的医学价值。

亚洲人群经历了上万年的群体分化、迁徙和融合的复杂过程，形成了极为丰富的人群遗传多样性。近年来，针对亚洲人群的基因组研究大规模涌现，但人群的代表性和覆盖度严重不足，尤其对于亚洲原住民人群的遗传和演化问题缺乏深入探讨。本研究产生和收集了全球热带地区近1000例原住民人群的基因型数据，重点分析了来自南亚的安达曼群岛、东南亚的马来半岛和菲律宾群岛以及大洋洲的新几内亚岛的原住民全基因组测序数据，系统研究了人群的遗传关系、祖源构成、迁徙历史和适应性进化。本研究主要结果如下：1）发展了一种检测和量化近缘种基因交流的新方法ArchaicSeeker 2.0，并在此基础上重塑了史前欧亚大陆及大洋洲现代人与古人的基因交流模型；2）在不同亚洲热带原住民族群中检测到一个底层亚洲祖先成分，为亚洲最早现代人走出非洲后沿“南线”迁徙提供基因组直接证据；3）提出不同地区原住民人群的深肤色趋同演化的遗传模型——源于共同祖先的等位基因平行进化，以及来自独立古人基因渗入或突变事件的趋同进化；4）初步揭示了嗅觉受体基因的遗传多样性规律和适应性演化的驱动力——现代人祖先基因库，持续的负选择压力，以及近期发生的正选择。本研究为理解现代人类表型多样性产生和演化机制研究提供了参考模型和典型案例，不但有助于加深人们对人体复杂性状产生的基础的理解，其中发现的影响人类表型演化的关键基因和位点对人类医学健康研究有理论指导意义。