广西壮族与海南黎族人群线粒体DNA群体遗传关系的研究

论文摘要

背景与目的我国幅员辽阔,民族众多,不同种族、同一种族不同群体、不同民族之间在语言、文化以及生活习惯等方面均表现出巨大的差异,实质上主要源于他们的遗传物质--DNA分子的差异。根据一些遗传标记信息,从遗传学角度来追溯人类群体起源迁移事件发生的大致时间及路线具有重要的科学意义。线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）具有遵循母系遗传、缺乏重组、进化速率高、群体内变异大等特征,被广泛证明是一个非常有效的用于研究人类群体间的亲缘关系和群体内遗传分化遗传标记,尤其是在研究母系起源及组成结构方面。壮族与黎族是主要分布于我国南方地区的两个亲缘关系十分密切的少数民族。壮族是我国人口最多的少数民族,有1600余万（根据2000年第五次全国人口普查统计）,其中1500余万居住在广西。据史料记载,现今壮族人群的来源可以追述到2000多年前“雒越”、“西瓯”族群。目前关于壮族来源比较一致的看法认为,壮族是百越族群中这两支的后裔。海南岛位于中国的最南端,由琼州海峡和北部湾将其与中国大陆和中南半岛隔离。作为海南岛最早居民的黎族被认为是中国古代百越民族的后裔。关于黎族的起源现今有多种学说,仍没有一致的结论。本研究将从人类群体遗传学角度出发,通过分析线粒体DNA控制区中第一高变区与第二高变区序列变异,对广西壮族与海南黎族人群的遗传结构进行研究,以期探讨壮族与黎族人群之间的母系遗传关系,为追溯壮族与黎族起源以及历史迁移提供遗传学依据。材料与方法样本根据知情同意的原则,随机采取888名健康个体的外周血样本,其中包括居住于广西地区的277名壮族人以及居住于海南地区的198名黎族人。还有222名广西居住的汉族以及191名海南居住的汉族个体的血液样本,作为本实验的对照样本。所有样本均采自无关个体并且确定他们至少前两代的家谱信息,被证实其母系的出生地都在同一地区。实验方法采用标准饱和酚/氯仿方法抽提基因组DNA,利用PCR反应扩增线粒体DNA的D-loop区域,对所有样本的高变区进行测序,通过与修正后的线粒体DNA剑桥标准序列进行比较,寻找变异位点,再结合编码区的限制性片段多态性的信息,划分单倍型类群。计算四种人群单倍型类群的频率,构建中介网络图,使用SPSS软件进行mtDNA单倍型类群频率主成分分析。结果单倍型类群的划分我们测定了888个样本线粒体DNA高变区Ⅰ、Ⅱ的序列,并逐个划分了单倍型类群。一共定义了90多种单倍型类群,其中在中国南方主要的单倍型类群有B、F和M7等,广西壮族与海南黎族的频率总和分别达到了64.3%与69.7%。人群频率比较如下：广西壮族人群中B4 （13.4%）、B5 （10.1%）、F （18.1%）、M7 （18.8%）,海南黎族人群中B4 （20.7%）、B5 （7.6%）、F （20.2%）、M7 （20.2%）。壮族与黎族人群单倍型类群频率分布相似,差异无统计学意义。主成分分析结合云南、江西、湖北、河北、河南等地的人群线粒体DNA单倍型类群频率的数据,与四组人群数据进行主成分分析。在主成分分析图中显示,第一、二个主成分总共解释了总方差的84.629%。广西的壮、汉人群与海南的黎、汉人群在图中聚集在一起,说明他们不但在地理位置上很接近,而且拥有该民族母系遗传的共性。相反,河南、湖北、湖南以及江西的人群在主成分图中相距较远,尽管他们在地理位置上很接近。中介网络图分析为了得到四组人群遗传关系更多的信息,利用线粒体DNA高变区的变异位点构建中介网络图。网络图由各人群的中心单倍型和分支单倍型类群构成,能从母系世系反映群体的进化历程及群体间的交互关系。广西的壮、汉人群与海南的黎、汉人群在单倍型类群的分布上显示出了极大的相似性。例如：由16297和150变异位点定义的M7b单倍型类群,包含了广西的10个壮族个体与13个汉族个体以及海南的6个黎族个体与7个汉族个体。Fla、Flal以及Flala单倍型类群在四个人群中也有着类似的特征。也就是说,尽管有的类群位于一些分支上,壮族与黎族人群还是共同享有这些单倍型类群。年代估计对广西的壮、汉人群与海南的黎、汉人群中频率较高的单倍型类群进行年代的估算。其中,M8是一个比较古老的单倍型类群,B、R9、N9、F以及M12’G单倍型类群相对比较年轻,发生变异的年龄大约在5万年左右。另外,像M7与D单倍型类群发生变异的年龄大概在4万年左右。讨论海南人群与广西人群在线粒体DNA的遗传关系上十分相似,其母系基因库都表现出了中国南方人群遗传特征。南方人群中常见的B、M7和F单倍型类群的频率之和分别在广西壮族的样本中达到64.3%,在海南黎族的样本中达到69.7%。由于这种模式与前期报道的对Y染色体研究结果一致,广西壮族人群与海南黎族人群很有可能起源于共同的祖先。根据我们的实验结果,单倍型类群M7的溯祖年龄大概在四万年左右,在广西壮族/汉族以及海南黎族/汉族之间无明显的差异。这个时间可以认为是中国南方人群基因交流的时间。然而,对M12单倍型类群年龄的估计可能作为海南黎族人群分化的时间。M12类群的中介网络图显示出海南黎族人群主要位于系统发育树的分支上。这种模式反映出人群分化历史,说明海南黎族很可能是由广西壮族繁衍而来。中介网络图中,B4和B5单倍型类群表现出类似星形分布的系统发育树特征,在四组人群中都有相似的情形。B4b分支主要是以海南黎族个体为主,可能是有建群者效应存在。B4类群是中国南方常见单倍型类群,在我们的研究中也可以观察到这种结果。单倍型类群F的分支Flal类群在中国南方人群中的频率也是很高的,我们观察到Flal类群在海南黎族人群中的频率略高于其他三组人群。单倍型类群F在海南黎族人群中的溯祖年龄为5.1964±1.9914万年,而在广西壮族人群中为5.3275±1.8913万年。这很可能说明黎族祖先的人群迁移历史是一个很长的过程,他们的基因库可能是在随后的人群迁移和/或定居等一系列人类学事件的过程中逐渐形成的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 第二章 实验材料
• 2.1 试剂
• 2.1.1 外周血基因组DNA提取试剂
• 2.1.2 常规PCR试剂
• 2.1.3 电泳试剂
• 2.1.4 测序反应试剂
• 2.2 仪器
• 2.3 软件、数据库
• 第三章 实验方法
• 3.1 实验设计及技术路线图
• 3.1.1 样品采集
• 3.1.2 技术路线图
• 3.2 外周血基因组DNA制备
• 3.2.1 外周静脉血白细胞基因组DNA的提取
• 3.2.2 基因组DNA浓度测定
• 3.3 线粒体DNA多态位点基因分型
• 3.3.1 线粒体D-loop区域序列扩增及产物的纯化
• 3.3.2 线粒体高变区序列的测序前PCR反应及产物的纯化
• 3.3.3 线粒体高变区序列PCR产物的测序反应
• 3.3.4 线粒体编码区序列PCR扩增及酶切反应
• 3.4 线粒体DNA单倍型类群划分
• 3.5 分析策略和工具
• 3.5.1 统计学分析
• 3.5.2 中介网络图的构建
• 3.5.3 年代估计
• 第四章 实验结果
• 4.1 D-loop区域PCR扩增反应结果
• 4.2 线粒体高变区Ⅰ与Ⅱ序列的测序结果
• 4.2.1 HVS-Ⅰ中16189位碱基未发生变异的样本测序结果
• 4.2.2 HVS-Ⅰ中16189位碱基发生转换的样本测序结果
• 4.3 线粒体编码区序列PCR扩增及酶切结果
• 4.3.1 线粒体编码区序列PCR扩增反应结果
• 4.3.2 线粒体编码区序列PCR-RFLP结果
• 4.4 线粒体DNA单倍型类群划分
• 4.5 线粒体DNA单倍型类群频率的比较
• 4.5.1 线粒体DNA单倍型类群频率的分布情况
• 4.5.2 比较四组样本不同单倍型类群之间频率的差异
• 4.6 主成分分析的结果
• 4.7 中介网络图分析
• 4.8 年代估计
• 第五章 讨论
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表论文
• 附录
• 毕业论文统计合格证明
• 致谢
• 英文缩略词表