Forscherteam rekonstruiert Evolutionsgeschichte und biologische Anpassung der Han-Chinesen auf dem mongolischen Plateau

Ein chinesisches Forschungsteam analysierte 5.583 moderne und antike Individuen aus einem integrierten genomischen Datensatz, um die Populationsentwicklungsgeschichte und die biologische Anpassung der Han-chinesischen Bevölkerung auf der mongolischen Hochebene zu rekonstruieren.

Ihre Erkenntnisse, veröffentlicht In Lebenweisen eine starke genetische Homogenität innerhalb der Han-chinesischen Bevölkerung auf der mongolischen Hochebene auf, die durch den Genfluss von umliegenden altaischsprachigen Bevölkerungen beeinflusst wird.

Mithilfe verschiedener Methoden der Computerbiologie charakterisierte das Team eine umfassende Landschaft biologischer Anpassungen und identifizierte adaptive Signaturen, die mit komplexen Stoffwechselmerkmalen in Zusammenhang stehen. Darüber hinaus rekonstruierte eine pan-ancestrale Analyse alter und moderner Genome die evolutionäre Entwicklung wichtiger Mutationen in Genen, die mit dem Fettsäure- und Folsäurestoffwechsel in Zusammenhang stehen, über die letzten 50.000 Jahre.

Eine umfassende Charakterisierung der Auswirkungen komplexer demografischer Prozesse und natürlicher Selektionsdrücke auf die Muster der genetischen Vielfalt des Menschen ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Menschheitsgeschichte ethnolinguistisch unterschiedlicher Populationen und der evolutionären Entwicklung der molekulargenetischen Grundlagen adaptiver Merkmale und komplexer Erkrankungen.

„Groß angelegte, bevölkerungsspezifische alte und moderne genomische Ressourcen bieten ein direktes räumlich-zeitliches Forschungsfenster zur Aufklärung des Ursprungs, der Migration, der Vermischung, der biologischen Anpassung sowie der geografischen Ursprünge und Verbreitungswege der genetischen Architektur menschlicher Krankheiten“, sagt Chao Liu, Mitglied der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften und Co-Autor des Anti-Drug Technology Center der Provinz Guangdong.

Jüngste populationsgenetische Studien zur spezifischen Abstammung antiker und moderner Genome in westeurasischen Populationen haben die unterschiedlichen genetischen Beiträge europäischer Jäger und Sammler aus dem späten Jungpaläolithikum, anatolischer Landwirte aus der Jungsteinzeit und eurasischer Steppenhirten aus der Bronzezeit zur genetischen Grundlage komplexer Merkmale wie dem Taille-Hüft-Verhältnis und der Körpergröße moderner Europäer aufgedeckt.

Pfadspezifische lokale Abstammungsanalysen alter und moderner Genome in Europa haben gezeigt, dass die Ausbreitung der westlichen Steppenbevölkerung vor 5.000 Jahren die genetische Anfälligkeit für Multiple Sklerose in der heutigen europäischen Bevölkerung geprägt hat, wobei die Prävalenz im Norden höher und im Süden niedriger ist.

Es gibt jedoch relativ wenig Forschung auf der Grundlage alter und moderner Genomdatenbanken, um die geografischen Ursprünge und Entwicklungsverläufe von Krankheiten oder biologischen Anpassungsmerkmalen bei Osteurasiern zu ergründen.

„Um diese Lücke in den osteuropäischen Populationen zu schließen und tiefere Einblicke in die Evolutionsgeschichte der von den Vorfahren unterschiedlichen osteuropäischen Populationen und den evolutionären Ursprung der populationsspezifischen genetischen Grundlage komplexer biologischer Merkmale zu erhalten, haben wir die Zusammensetzung der Vorfahren untersucht und die evolutionäre Entwicklung der adaptiven Merkmale in den Populationen der Han-Chinesen anhand einer integrierten modernen und alten Genomdatenbank charakterisiert“, sagt Guanglin He, korrespondierender Autor von der Sichuan-Universität.

Bevölkerungsgeschichte

Die Han sind die weltweit größte ethnische Gruppe und leben in ganz China mit unterschiedlichen ökologischen Lebensräumen und Ernährungsgewohnheiten. Auf dem mongolischen Plateau im Norden Ostasiens leben sowohl sinitisch sprechende Han- als auch altaisch sprechende Bevölkerungsgruppen.

Historische Aufzeichnungen dokumentieren verschiedene Regime in der Region, darunter die Xiongnu (209 v. Chr.–98 n. Chr.), Xianbei (386–534 n. Chr.), Türkic (552–742 n. Chr.), Uiguren (744–840 n. Chr.) und Khitan (916–1125 n. Chr.). Archäologische und genetische Beweise deuten auf eine umfassende kulturelle und genetische Interaktion zwischen den Han und diesen ethnischen Minderheitengruppen hin.

Mengge Wang, Co-Erstautor von der Sichuan-Universität, sagte: „Bevölkerungsspezifische genomische Ressourcen sind wichtig für die Rekonstruktion der Bevölkerungsgeschichte und verbessern die Chancengleichheit der menschlichen Gesundheit in der Präzisionsmedizin. Darüber hinaus ist die Bevölkerungsinteraktion auf dem mongolischen Plateau sehr interessant und wir haben erste Forschungen zum genetischen Ursprung und zur Bevölkerungsgeschichte der Mongolen durchgeführt.“

„In diesem Projekt haben wir hauptsächlich populationsgenetische Untersuchungen durchgeführt, die sich auf die Bevölkerungsgeschichte und biologische Anpassung der Han-chinesischen Bevölkerung auf dem mongolischen Plateau konzentrierten, und haben viele interessante Geschichten im Zusammenhang mit der Evolution wichtiger adaptiver Mutationen gefunden.“

Wissenschaftler haben die demografische Geschichte und biologische Anpassung der Han-Chinesen auf dem mongolischen Plateau anhand des Allelfrequenzspektrums und haplotypaufgelöster Fragmente umfassend charakterisiert.

Die Studie ergab eine ausgeprägte genetische Homogenität unter den Han-Bevölkerungen in verschiedenen Regionen des mongolischen Plateaus. Im Vergleich zu ihren Gegenstücken aus den Zentralebenen weisen die Han-Bewohner des mongolischen Plateaus eine größere genetische Abweichung mit altaisch sprechenden Bevölkerungen auf.

Durch fortgeschrittene Admixture-Modellierung konnte bestätigt werden, dass der Genpool der Han-Bevölkerung auf dem mongolischen Plateau durch den Genfluss von Populationen beeinflusst wurde, die mit altaisch sprechenden Gruppen verwandt sind.

Biologische Anpassung

Die Studie identifizierte durch verschiedene computergestützte Modellierungs- und Nachweismethoden natürliche Selektionssignale, die mit der kalten Umgebung des mongolischen Plateaus, Änderungen der Subsistenzstrategie und Veränderungen der Immunität bei Kontakt mit Krankheitserregern in Zusammenhang stehen.

„Wir haben mehrere sich ergänzende statistische Analysen durchgeführt, darunter auf Allelfrequenzen basierende Populationszweigstatistiken (PBS), Schätzungen des paarweisen Fixationsindex (FST), haplotypbasierte populationsübergreifende erweiterte Haplotyphomozygotie (XP-EHH) und den integrierten Haplotyp-Score (iHS), um natürliche Selektionssignale in der Han-Bevölkerung des mongolischen Plateaus zu erkennen. Am bedeutsamsten waren Kandidatengene im Zusammenhang mit Stoffwechsel, FADS und MTHFR“, sagt Xiangping Li von der Kunming Medical University, der Erstautor der Studie.

Die FADS-Genfamilie kodiert Fettsäure-Desaturase-Enzyme, die die Synthese mehrfach ungesättigter Fettsäuren regulieren. Das MTHFR-Gen kodiert Methylentetrahydrofolatreduktase, die für den Folatzyklus von entscheidender Bedeutung ist.

Die Forscher nutzten genomische Ressourcen mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung aus alten und modernen Proben, um die evolutionären Verläufe der wichtigsten natürlichen Selektionssignale zu rekonstruieren. [rs174550 (FADS1) and rs1801133 (MTHFR)]über Zehntausende von Jahren.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Häufigkeit des vorteilhaften Allels rs174550-T nach seinem Auftreten stetig zunahm und sich bei etwa 0,54 stabilisierte.

Ähnlich verhält es sich mit dem Allel rs1801133-A, das vor etwa 10.000 Jahren in Hirse anbauenden Populationen auftrat. Aufgrund landwirtschaftlich bedingter Ernährungsumstellungen erreichte es in Regionen nahe dem 40. Breitengrad hohe Frequenzen. In chinesischen Populationen nimmt die Häufigkeit von rs1801133-A von Nord nach Süd kontinuierlich ab.

Die Entwicklung des Getreideanbaus im Fruchtbaren Halbmond des Nahen Ostens und des Hirseanbaus im Becken des Gelben Flusses Ostasiens beschleunigte die Anpassung und Stabilisierung von genetischen Diversitätsmustern, die mit Stoffwechselgenen verknüpft sind. Eine phänotypische Assoziationsanalyse adaptiver Signale enthüllte polygene Anpassungs- und Pleiotropiemuster in komplexen Merkmalen innerhalb der Han-Bevölkerung des mongolischen Plateaus.

Der Beginn des Weizen- und Gerstenanbaus im Nahen Osten und des Hirseanbaus im Becken des Gelben Flusses förderte eine schnelle Anpassung und Stabilisierung der genetischen Vielfalt in Stoffwechselgenen. Phänotypische Assoziationsanalysen bioadaptiver Signale enthüllten polygene Anpassung und pleiotrope Muster in komplexen Merkmalen innerhalb der Han-Bevölkerung des mongolischen Plateaus.

„Unsere Studie verbessert das Verständnis darüber, wie komplexe populationsgenetische Hintergründe und demografische Ereignisse die genetischen Determinanten der Krankheit und der Phänotypen beeinflussen und kann möglicherweise die personalisierte Präzisionsmedizin voranbringen“, sagt Liping Hu von der Kunming Medical University.