11月15日，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所與復(fù)旦大學(xué)合作，在iScience上，在線發(fā)表了題為Archaic introgression contributed to the pre-agriculture adaptation of vitamin B1 metabolism in East Asia的研究論文。該研究分析了全球人群3823個全基因組，結(jié)合古人DNA數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)維生素B1代謝通路中涉及的基因在東亞人群受到特異性正向自然選擇；進一步鑒定了東亞人群中適應(yīng)性單倍型的起源，估計出東亞人群特異性自然選擇發(fā)生的時間及潛在的進化驅(qū)動力。該研究提示東亞人群和全球其他人群的維生素B1的代謝能力和機制或存在差異，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和精準(zhǔn)營養(yǎng)學(xué)的進一步研究與應(yīng)用提供了群體遺傳和進化生物學(xué)線索和科學(xué)依據(jù)。
維生素B1是人體必需的微量營養(yǎng)物質(zhì)，在碳水化合物代謝、免疫系統(tǒng)等方面發(fā)揮重要功能。維生素B1缺乏導(dǎo)致的腳氣病，于19世紀(jì)至20世紀(jì)在東亞以大米為主食的地區(qū)流行。人們在尋找預(yù)防腳氣病方法的過程中，發(fā)現(xiàn)了維生素B1，進而發(fā)現(xiàn)了如今廣為人知的多種維生素。如今，大規(guī)模維生素B1缺乏已不多見，但仍存在多種新形式的維生素B1缺乏癥狀。例如，有研究發(fā)現(xiàn)糖尿病病人普遍存在血漿中維生素B1含量偏低的癥狀。亦有研究發(fā)現(xiàn)補充維生素B1可以提高免疫系統(tǒng)功能。這些發(fā)現(xiàn)使得維生素B1受到重視。然而，相關(guān)研究多集中在補充維生素B1以消除對應(yīng)的維生素B1缺乏癥狀，而缺乏對維生素B1代謝通路中涉及到的基因的遺傳學(xué)研究。人群間的維生素B1的代謝能力是否存在差異，以及這種差異的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，尚不清楚。
該研究依據(jù)對3823個全球人群的全基因組測序數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)了在維生素B1代謝通路涉及的7個編碼蛋白質(zhì)的基因中有3個基因（SLC19A2、SLC35F3、SLC35F43）在東亞人群與其他大洲人群有顯著差異（圖1）；有些基因單倍型在東亞人群達到極高頻，而在非洲人群中完全缺失，在歐洲人群中缺失或頻率極低，提示這些基因的單倍型在東亞人群中是特異性存在，進一步分析表明這些基因在東亞人群演化歷史中經(jīng)受過正向自然選擇。
【資料圖】
該研究進一步追溯適應(yīng)性單倍型的起源，發(fā)現(xiàn)SLC35F3, SLC35F4的適應(yīng)性單倍型可能源自遠古人類。研究通過分析比對這些基因的適應(yīng)性單倍型和尼安德特人等古人的基因組序列發(fā)現(xiàn)，SLC35F4的適應(yīng)性單倍型和尼安德特人的單倍型有極高的匹配率（>90%），提示這種單倍型源自現(xiàn)代人祖先與尼安德特人或類似古人的遺基因交流具有較大可能性。SLC35F3的適應(yīng)性單倍型匹配不到目前已測出的古人基因組上，但其是否來源于目前尚未采樣的古人仍需進一步探索。
維生素B1的重要功能之一是促進碳水化合物的代謝。為了驗證在東亞地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)生后人群飲食結(jié)構(gòu)的改變是否是這種適應(yīng)性選擇的進化驅(qū)動力，該研究通過分析當(dāng)代人群的基因組數(shù)據(jù)，并結(jié)合不同歷史時期古現(xiàn)代人基因組數(shù)據(jù)去估計受選擇單倍型在不同歷史時期的頻率，發(fā)現(xiàn)受到選擇的單倍型在1萬年前已達高頻，而在近1萬年內(nèi)頻率未發(fā)生大的改變（圖2）。該分析結(jié)果進一步表明適應(yīng)性進化在1萬年前已完成。這或提示農(nóng)業(yè)發(fā)生后人群飲食結(jié)構(gòu)的改變并非自然選擇的原初驅(qū)動力。
該研究發(fā)現(xiàn)維生素B1代謝通路相關(guān)基因（SLC19A2、SLC35F3、SLC35F4）在東亞人群受到特異性的正向自然選擇，其中有的適應(yīng)性單倍型源自現(xiàn)代人祖先和已滅絕的尼安德特人或類似遠古人類的基因交流，并推斷東亞人群特異性的適應(yīng)性進化可能發(fā)生在東亞地區(qū)農(nóng)業(yè)文明之前，提示農(nóng)業(yè)大規(guī)模發(fā)展以后東亞人群飲食結(jié)構(gòu)的改變并非適應(yīng)性進化的原初進化驅(qū)動力。
該研究提示東亞人群和其他大洲人群對維生素B1的代謝能力可能存在差異。進一步的功能實驗和大型人群隊列研究有助于揭開不同遺傳背景的個體對維生素B1的需求是否存在差異。從進化角度探究營養(yǎng)物質(zhì)代謝基因在人群間的差異性和探索其形成機制，有助于剖析不同遺傳背景的人對營養(yǎng)元素的代謝能力差異的遺傳基礎(chǔ)和分子機制，促進精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展和制定人群特異性的營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
研究工作得到上海市“超級博士后”激勵計劃、國家自然科學(xué)基金重點項目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、上海市市級科技重大專項“國際人類表型組計劃”等的支持。
圖1.維生素B1代謝基因在東亞人群受到特異性的自然選擇
圖2.適應(yīng)性選擇發(fā)生在東亞地區(qū)1萬年以前
來源：中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所
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