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埃塞俄比亚高地的软扫

了解乳糖酶持久性如何体现人类群体中的自然选择以及牛奶消费适应的遗传学。

作者:Razib Khan
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软服务 乳糖酶持久性(乳糖耐受)的特征可能是人类群体中自然选择的教科书范例之一。原因可能有两方面。在许多群体中,一个已知与该性状相关的特定基因中存在非常强的选择信号而且,有一个非常引人入胜的历史叙述,它非常清楚地解释了这种特殊的功​​能性变化在过去约 5,000 年中如何在这些群体中经历如此强的选择。但是,阐明这种基因适应的起源和传播也很有趣,因为它看起来不是一个单一事件。像阿拉伯人、丹麦人和马赛人这样截然不同的群体似乎在感兴趣的基因座周围携带着不同的等位基因,这些等位基因赋予了消化牛奶的能力。这说明了当选择压力有一个可行的目标时,基因组水平会迅速做出反应。在哺乳动物成熟的某个阶段,产生乳糖酶的调节途径会关闭。然而,在许多人类群体中,这种逐渐关闭的过程被短路了。当我阅读最新一期《美国人类遗传学杂志》中的埃塞俄比亚乳糖酶持久性等位基因的多样性——软选择性清除的特征时,这种适应性反应的多样性给我留下了深刻的印象。

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人类乳糖酶在成年期持续表达是一种最近的遗传适应,允许在断奶后食用其他哺乳动物的牛奶。在欧洲,一个位于乳糖酶基因 LCT 表达增强子上游区域的单一等位基因(−13910*T,rs4988235)导致了乳糖酶持久性,并且似乎在过去 5,000 年中受到了强大的定向选择,这通过该等位基因在扩展单倍型上的广泛出现得到证实。在非洲和中东,情况更为复杂,至少其他三个位于相同 LCT 增强子区域的等位基因(−13907*G,rs41525747;−13915*G,rs41380347;−14010*C,rs145946881)也能引起乳糖酶的持续表达。在这里,我们检查了一个由 350 多名个体组成的大型埃塞俄比亚乳糖耐受测试队列的 LCT 增强子序列。我们发现另一个 SNP,−14009T>G (ss 820486563),与乳糖消化状态显著相关,体外功能测试证实 −14009*G 等位基因也增加了 LCT 启动子构建体的表达。LCT 增强子区域的衍生等位基因分布在多个民族群体中,我们报告乳糖消化者比非消化者具有更大的遗传多样性。通过检查侧翼标记以控制突变和人口学效应,我们根据经验证据进一步描述了软选择性清除的特征

在某种程度上,这篇论文写得让我觉得有些令人困惑。重要的是,他们在分析中甚至没有考虑去年 Pagani 等人(在同一期刊!)的结果。宏观的结果是,在欧亚大陆和东非,乳糖酶持久性似乎是通过“硬”选择性清除在人群中传播的,而在埃塞俄比亚,它可能是通过“软”清除传播的。前者是单个新突变赋予有益表型的情况。在没有等位基因竞争者的情况下,这个变体以极快的速度增加频率,基因组的侧翼区域形成一个长单倍型块。在欧洲人中,这导致了 LCT 周围基因组区域的强烈同质化。根据上述模型,埃塞俄比亚的情况有点矛盾。它看起来不是一个等位基因,而是几个等位基因在分离。而且,乳糖酶持久性单倍型表现出更多的,而不是更少的,遗传多样性,而不是非持久性变异。正如文章中指出的,可能存在对乳糖酶持久性的强烈选择限制。显然,非洲之角人群中存在一个长的非持久性单倍型,这解释了样本中这个子集多样性降低的原因。在硬清除中,单个突变可以在对抗不利的祖先变异中增加频率,而在这里,你有一个软清除,其中具有相似适应性值的替代变异可能正在增加频率。但所有这些都需要结合Pagani 等人的论文来考虑,该论文表明埃塞俄比亚近期有混血。上面的讨论似乎暗示了非洲之角内部的原位选择事件,但可能性是清除可能始于埃塞俄比亚人的欧亚祖先(也许一些混血作图会有用?)。最终这将是一个复杂的故事。它并没有削弱乳糖酶持久性是自然选择的一个优秀模型的宏观图景,但草图还有更多细节需要填写,尽管我不太确定这篇论文的具体特点。

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