肤色相关基因群体多样性的进化遗传学原理研究

Skin color is one of the most significant human traits with a very high diversity among worldwide populations. Studies shows that its heritability may as high as 0.7~0.9. After years of unremitting efforts, the researchers have made a clearer understanding of the physiological basis and molecular biological mechanism of formation of skin color. Many genetic polymorphisms contributed to diversifying skin colors are identified with significant signatures of directional selection. However, our understanding to driving forces of the genetic diversity of human skin color is still limited and we cannot thoroughly understand the underlying genetic principles. In this proposal, our team gives a full play to the advance of population and evolutionary genetics and explore the principles of the genetic diversity. Based on our achievements in the past years, our group will focus on the following issues: Quantitative study on the dynamics of evolution pressure changes of color-related genes during human migration; the role and significance of multi-gene genetic interaction in the formation of skin color diversity; the influence of individual color differences on genetic exchange in mixed population; degeneration of linkage disequilibrium in the presence of environmental adaption or sexual selection. In this project, the exploration on the above issues can not only further reveal the genetic and evolutionary principles of the formation of skin color diversity, but also take the evolution of the involved genes as an example to deepen the understanding of the human complex traits. Based on empirical data, we will discove rules in genetics of human skin color and try to expand our understanding in human genetics.

肤色是最为显著的人类性状之一，具有广泛的族群差异，多项研究显示遗传率可高达0.7~0.9。目前虽已较为清楚肤色形成的生理基础和分子生物学机制，发现了一批受定向选择影响的肤色相关遗传多态位点，但形成肤色多样性的深层次进化遗传学机制和原理仍未阐明。本项目充分发挥课题组在群体与进化遗传学研究中的优势，探索人类肤色多样性背后的深层次进化遗传学机制和原理，在已有坚实研究基础上，重点开展以下研究工作：人类迁徙过程中肤色相关基因进化压力动态变化的定量研究；多基因遗传相互作用在肤色多样性形成中的作用和意义；混合群体中个体肤色性状差异对遗传交流的影响；选择压力下遗传位点间连锁不平衡的衰退规律等。以上研究，不仅可进一步揭示肤色多样性形成的遗传和进化原理，更重要的是以现代人类迁徙中肤色相关基因的进化过程为例深化对人类复杂性状形成过程的理解，在分析大量实际数据的基础上总结出遗传进化规律，丰富和完善人类遗传学理论。

肤色是最受关注的人类复杂性状之一，在不同人群间具有广泛差异，对个体的健康状况，行为方式，社会角色，经济地位等产生普遍影响。本研究在已有对肤色的生理基础和分子生物学机制的认识基础上，进一步就影响人类肤色多样性的群体遗传学和进化遗传学的深层次原理进行了进一步探索。. 首先，我们使用新方法剖析了不同进化历史时期在不同人群之间针对人类肤色的进化选择压力的动态变化和差异。研究中共使用来自 17 个公开数据集获得来自世界各地六个代表性人群的 2346 名个体的数据。我们的研究通过选择系数差异量化了自然选择在肤色演化方面的强度，结果显示选择强度在现代欧洲人群约为0.0259/代而在原始欧亚人群中约为 0.00650/代。 我们的结果还表明，在某些非洲人群中，与肤色相关的几个衍生等位基因可能处于正向选择之下。. 其次，为了解肤色遗传决定中的遗传相互作用，我们构建理论模型对已有的研究中未能发现遗传相互作用这一问题进行探索和思考。研究结果表明，遗传关联研究中“相互作用”缺失是由遗传关联研究方法的统计原理导致的必然结果，是研究方法自身的固有特点，试图通过当前的关联分析研究设计寻找遗传相互作用效应非常困难。. 在执行期内，除了上述研究外，我们还对人类遗传与进化和健康相关的一系列问题进行了探索。例如，在新冠研究中，我们对疫情早期不同年龄组的病死风险进行研究，为其他研究者提供了有价值的及时信息；在肠道菌群的群体遗传构成研究中，我们提出新统计指标DFS，克服了粪便样本菌群代表性不佳的问题，能够正确评估不同个体肠道菌群组成差异。. 项目在2019.1-2022.12的执行期内进展顺利，已在国际性专业研究刊物发表标注基金支持的论文8篇，另有多篇论文撰写中。承担课题工作的一名博士后顺利出站，参与课题工作的3名博士研究生顺利毕业。