基于芯片技术的新疆人群遗传多样性调查及环境适应的基因组学研究

Xinjiang population, acting as a channel for the communication between east and west, is a valuable resource in human inheritance, and also has an important role to play in the history of contemporary human evolution and biological adaptation. On one hand, the genetic diversity of Xinjiang population is the key to reveal the mysterious genetic source of the entire Eurasian population. On the other hand, it should also be taken into consideration how the extreme geographical environment has effect the genetic diversity of the Xinjiang population. In this study, we chose the typical admixed population with high genetic diversity, and also the most populous ethic groups, Uygur and Kazakh, as the research subjects. We obtained the genotyped data for the whole genome of the overall 100 samples, using Affymetrix 6.0 biochip technology. Based on the population genetics strategy, we can detect fully the genetic diversity of these samples and find genes related to the adaptation of the environment, thus further implement functional and experimental analysis. It is the first time to construct high-resolution genetic diversity map of Xinjiang population, as well as the research platform and database for the research of the environmental adaptation of Xinjiang population. Based on the serial of candidate genes underlying natural selection, our study will have its contribution in the genetic diversity and environmental adaptation of Xinjiang population.

新疆世居人群是重要的人类遗传资源，新疆自古是连接东西方人群交流的重要通道，在现代人类进化历史及生态适应研究中居于极其重要的地位。一方面，新疆人群的遗传多样性研究对揭开整个欧亚人群源流之谜起到关键性作用；另一方面，新疆的极端自然地理环境对人群遗传多样性产生了怎样的影响也是必须考虑和关注的问题。本项目拟选取人口最多、东西方混合特征最显著、具有高度遗传变异的人群- - 维吾尔族和哈萨克族为重点研究对象，利用Affymetrix6.0芯片技术获取两个人群总共100例样本的全基因组基因分型数据，采用群体基因组学策略，全面研究新疆代表性人群的遗传多样性特征进而发现环境适应相关基因，并进行功能注释和实验分析。本项目的实施将首次构建高分辨率的新疆典型人群的遗传多样性图谱，建立新疆人群环境适应研究的研究平台和数据资源，并寻找到一系列受自然选择的候选基因，为最终阐明新疆人群的遗传多样性以及环境适应做出贡献。

目的：本项目选取新疆地区东西方混合特征最显著、具有高度遗传变异的人群——维吾尔族为重点研究对象，利用基因芯片技术获取100例样本的全基因组基因分型数据，采用群体基因组学策略，全面研究新疆代表性人群的遗传多样性特征，进而发现环境适应相关基因，并进行功能注释和实验分析。.方法：以混合人群为研究对象，采集血液并提取基因组DNA，采用Affymetrix® Genome-Wide Human SNP Array 6.0进行全基因组基因分型。在数据质量控制后，首先利用计算所得的群体分化系数FST当做参照，利用ADMIXTUR软件进行亚群体结构分析，以及主成分分析，从群体和个体的两个水平对于遗传关系进行研究和阐述。获取新疆维吾尔族的基因组遗传多样性数据，揭示新疆混合人群的全基因组精细遗传结构特征，通过分析比较不同地理人群的群体遗传结构和地理位置的关系，而计算比较不同地理人群之间的人群遗传结构的差异。最终得到新疆维吾尔族人群混合历史模型。.结果：新疆维吾尔族人群与其人群所居住的地理位置的经纬度存在一定的相关性，新疆维吾尔族不同的地理人群之间的群体遗传差异与相互之间的地理距离呈现正相关。同时新疆地区的维吾尔族是由亚洲东部（EA），西伯利亚地区（SIB），亚欧大陆西部（WE）和亚洲南部（SA）的四个人群所共同混合而成的，其混合模式是WE和SA人群以及EA和SIB人群，先后在不同的区域进行人群交流而产生了WE-SA和EA-SIB祖先混合人群，而祖先混合人群由于迁徙等原因，在新疆地区再次进行人群交流事件，从而产生了新疆地区特有的维吾尔族人群。绘制人群混合历史图后发现东西方人群最终在新疆地区混合时间大约发生在90～100个世代之前。同时根据MultiWaver方法结果：在新疆维吾尔族人群中一共发生了两次人群混合事件，来自于新疆东北部区域的样本还存在另一波东方混合信号，这可能与维吾尔族人群中东方人群遗传成分相关，预示着新疆东北部地区的维吾尔族人群有着更加复杂的混合历史。.结论：新疆地区的维吾尔族人群是由多个祖先人群所混合而成的典型的混合人群。本项目的实施将首次构建高分辨率的新疆维吾尔族人群的遗传多样性基因图谱，建立新疆人群环境适应研究的研究平台和数据资源，并且建立了新疆维吾尔族人群致病基因研究的参照人群图谱，为今后基因水平研究给予帮助。