2024年8月20日，National Science Review（NSR）發表了徐書華團隊題為“Ancestral origins and post-admixture adaptive evolution of highland Tajiks”的研究論文。該研究通過全基因組深度測序和計算分析，重構了世居帕米爾高原（平均海拔超過4000米）的塔吉克族的遺傳起源和融合曆史，解析了塔吉克族在高原環境中的適應性演化及其遺傳基礎。研究結果表明，遺傳混合引入的功能性變異可能促進了皮膚和心血管係統對高原環境的適應性，這對於闡明人類對帕米爾高原極端環境的適應性遺傳機製具有重要啟示。
人類關於自身適應極端環境（如高海拔）的遺傳基礎和生物學機製的研究仍處於起步階段。近十年來不少遺傳學研究集中於青藏高原、南美安第斯山脈、非洲埃塞俄比亞高原的世居人群，但結果和結論均存在諸多爭議。世居於帕米爾高原的新疆塔吉克族，因其長期處於高海拔、低溫、高紫外線的生存環境，表現出了顯著的生理適應性。更為重要的是，新疆塔吉克族相較於研究更廣泛的三大高原人群，其典型的遺傳混合特征，為研究人類高原適應的遺傳基礎和演化機製提供了新的模型和新的機遇。該研究發現，高原塔吉克族的祖源構成主要來自西歐亞大陸人群（西歐：～45.5%；南亞：～35.9%），並有少量東歐亞人群的遺傳成分（東亞：～5.6%；西伯利亞：～8.2%）。通過對混合曆史的建模分析，推斷高原塔吉克族在演化曆史上至少經曆了兩段主要的遺傳融合過程。（圖1）
圖1. 新疆塔吉克族的祖源構成及混合曆史建模
一般來說，基因交流引入的不同祖源往往導致混合群體的高水平遺傳多樣性。通過比較塔吉克族與其祖源人群的核酸多樣性(θπ)、單倍型多樣性(H)、分離位點數量(θK)、Tajimas’ D等群體遺傳學參數估計的分布模式和規律，發現各項指標均提示塔吉克族相對於祖源人群的遺傳多樣性有所增加。值得留意的是，相對於其祖源人群，塔吉克族基因組富集了更多稀有變異，這個現象符合塔吉克族經曆了近期基因交流曆史的預期。（圖2）
圖2. 新疆塔吉克族及其祖源參考人群的遺傳多樣性特征
一些研究表明，混合人群，如非洲裔美國人和拉丁美洲人，在混合後經曆了快速進化，塔吉克族的高遺傳多樣性也可能在一定程度上為其快速適應性演化提供了基礎。通過檢測全基因組水平的等位基因頻譜偏倚情況，發現大部分位點遵循理論預期的“混合規則”，但同時也有一些局部基因組區域明顯偏離預期，這些偏差在很大程度上可歸因於高海拔環境施加的自然選擇壓力。在這些遺傳變異頻率發生顯著偏移的基因中，大多與皮膚保護（如HERC2和BNC2）或心血管係統相關（如MPI和BEST1）。（圖3）。另外，通過各項分析也檢測到了多個與皮膚發育和角質化相關的基因呈現適應性進化特征。（圖4）。有趣的是，在高海拔適應性研究中備受關注的EPAS1和EGLN2基因，在塔吉克族中並未顯示出顯著的適應性進化特征，提示不同的高原人群可能存在差異化的適應性遺傳基礎和進化機製。
圖3. 新疆塔吉克族中觀察到的和理論預期的基因變異頻譜
圖4. 新疆塔吉克族中與表皮發育和角質化相關的基因呈現適應性進化特征
該研究揭示了新疆塔吉克族獨特的遺傳適應性特征，並提出遺傳混合可能在促進高海拔適應中發揮了重要作用。通過引入和提升遺傳多樣性，遺傳混合可能為人類在高原等極端環境下的生存和適應性演化提供了驅動力和多樣性基礎。
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論文鏈接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwae284/7737770