高原藏族人群肤色适应性进化的分子机制研究

Tibetan Plateau is one of the extreme environments for human habitation. Through the long-term adaptability selection, Tibetans have already possessed the best physiological adaptation to the extreme environment of the plateau. In addition to the high altitude hypoxia, strong ultraviolet radiation also imposes a main environmental selection pressure. The darker skin of Tibetans could be an adaptive change to deal with high-altitude strong ultraviolet radiation stress in human evolution. However, the genetic mechanism of Tibetan population skin color adaptive evolution remains undiscovered. Based on the previous works, the current research compares the difference between high altitude Tibetan and plain Han population in the whole genome DNA sequence, combined with the genetic correlation analysis and functional experiments. The aim of this study is to elucidate how Tibetans have changed their physiological function through the genome level and yielded human skin color diversity in prehistoric migration process. The research results will be helpful to understand the genetic mechanism of Tibetan population skin color adaptive evolution and provide important genetic data for the prevention and treatment of skin diseases induced by strong ultraviolet radiation. This research has important scientific significance and important medical application prospects.

青藏高原是人类居住的最极端环境之一。世代生活在青藏高原的藏族人群经过长期的适应性选择，已经对高原极端环境产生了最佳的生理适应。除了氧气含量稀薄外，强烈的紫外辐射也是高原主要的环境选择压力。藏族人群所具有的深肤色可能是定居高原强紫外环境过程中产生的一种适应性进化，但这种适应性进化的分子机制仍不清楚。本项目将结合前期的工作基础，综合利用群体遗传学、分子生物学的研究手段，比对人群肤色表型上差距明显的两大代表族群（高原藏族和平原汉族）在全基因组DNA序列上的差异，结合环境——基因——表型遗传相关性分析和功能验证实验，阐明藏族人群在史前迁徙过程中是如何通过基因组水平的基因作用来改变其生理机能，进化出人群肤色的多样性这一核心科学问题。研究结果将有助于理解藏族人群肤色适应性进化的分子机制，为预防和治疗高原紫外线诱导的皮肤疾病提供重要的遗传学数据，既有重要的科学意义，也具有潜在的医学应用前景。

青藏高原是人类居住的最极端的环境之一。除了氧气含量稀薄外，强烈的紫外辐射也是另一种高原极端的环境因素。强烈的紫外线辐射和色素基因的共同作用会影响人类表皮黑色素的合成，导致人群肤色的多样性。本项目综合利用群体遗传学、分子生物学的研究手段，比对人群肤色表型上差异显著的两大代表族群（高原藏族和平原汉族）在全基因组DNA序列上的差异，结合表型遗传相关性分析和功能验证实验，阐明藏族人群肤色多样性的分子机制。在本项研究中，我们采集了覆盖青藏高原三个海拔梯度的藏族人群肤色数据和DNA样本。通过与东亚平原代表人群（汉族）以及东南亚人群肤色进行深度比较，我们发现藏族与其他人群的肤色存在显著的差异。通过比较高原藏族人群和平原汉族的全基因组序列数据，我们发现了13个色素基因在藏族人群中受到了强烈的正向选择。结合遗传相关性分析，细胞功能验证实验证实了其中一个色素基因产生了一个特异的突变，增强了藏族人群体内黑色素的合成并产生了较深的肤色。该项研究成果有助于理解在史前迁徙过程中藏族是如何通过基因组水平的基因作用来改变其生理机能，进化出人群肤色的多样性这一核心科学问题。为预防和治疗高原紫外线诱导的皮肤疾病提供重要的遗传学数据。