原標(biāo)題：探尋看得見(jiàn)的進(jìn)化最新研究揭示人類基因組如何在幾百年或幾十年間發(fā)生變化
在大型基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的幫助下，研究人員能探測(cè)正在進(jìn)化中的特征，比如英國(guó)人的金發(fā)。
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很多人認(rèn)為，進(jìn)化需要幾千年或者上百萬(wàn)年，但生物學(xué)家知道，它能很快發(fā)生。如今，由于基因革命，研究人員實(shí)際上可以追蹤標(biāo)志著進(jìn)化正在進(jìn)行的種群水平上的基因漂移，并且他們正在人類當(dāng)中這么做著。近日，在基因組生物學(xué)會(huì)議上得以展示的兩項(xiàng)研究證實(shí)了人類基因組如何在幾個(gè)世紀(jì)或幾十年間發(fā)生變化，并且描繪了自羅馬時(shí)代以來(lái)英國(guó)人如何進(jìn)化得更加高大和白皙，以及在上一代人中一種喜愛(ài)吸煙的基因的影響如何在一些人群中變小。
“能研究正在進(jìn)行中的選擇是一件令人激動(dòng)的事情。”美國(guó)哥倫比亞大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Molly Przeworski表示，這些研究表明了人類基因組如何以細(xì)微但有意義的方式對(duì)新的條件迅速作出反應(yīng)。“從理解進(jìn)化的角度來(lái)說(shuō)，它是游戲規(guī)則的改變者。”
進(jìn)化生物學(xué)家長(zhǎng)期關(guān)注新突變?cè)诋a(chǎn)生新特征方面發(fā)揮的作用。不過(guò)，一旦新突變出現(xiàn)，它肯定會(huì)在某個(gè)種群中擴(kuò)散。每個(gè)人都攜帶著一個(gè)基因的兩個(gè)拷貝，但這些拷貝會(huì)在個(gè)體內(nèi)部和個(gè)體中間出現(xiàn)輕微的變化。一個(gè)拷貝中的突變可能令身高增加，而另一個(gè)拷貝或等位基因中的突變或許會(huì)讓身高減少。如果正在改變中的條件有利于長(zhǎng)高，那么高個(gè)子的人將擁有更多后代，而編碼身材高大的變異體的更多拷貝也將在人群中傳播。
在巨大的基因組數(shù)據(jù)集的幫助下，如今科學(xué)家能追蹤等位基因頻率在很短時(shí)間尺度內(nèi)的進(jìn)化改變。來(lái)自斯坦福大學(xué)的Jonathan Pritchard及其博士后Yair Field通過(guò)計(jì)算在每個(gè)基因組中都能見(jiàn)到的獨(dú)特單堿基變化做到了這一點(diǎn)。這類罕見(jiàn)的單個(gè)變化，或者說(shuō)是單個(gè)拷貝基因可能很新，因?yàn)樗鼈儧](méi)有時(shí)間在人群中擴(kuò)散。由于等位基因會(huì)在傳播時(shí)攜帶上臨近的DNA，因此附近DNA上的單個(gè)拷貝基因數(shù)可被當(dāng)成粗糙的分子鐘使用，從而指示該等位基因在頻率上變化得有多快。
作為英國(guó)“萬(wàn)人基因組計(jì)劃”的一部分，Pritchard團(tuán)隊(duì)分析了收集到的3000個(gè)基因組。對(duì)于每個(gè)基因組中感興趣的每個(gè)等位基因，F(xiàn)ield計(jì)算了基于附近單個(gè)獨(dú)特突變密度的“單個(gè)拷貝基因密度得分”。這種方法能揭示過(guò)去100代人，或者說(shuō)約200年間的選擇。
斯坦福大學(xué)研究生Natalie Telis、Evan Boyle和博士后Ziyue Gao在賦予乳糖耐量（一個(gè)使成年人消化牛奶的特征）并且編碼特定免疫系統(tǒng)受體的等位基因附近，發(fā)現(xiàn)了相對(duì)較少的單個(gè)拷貝基因。在英國(guó)人群中，這些等位基因明顯被高度選擇，并且迅速擴(kuò)散。該團(tuán)隊(duì)還在決定金色頭發(fā)和藍(lán)色眼睛的等位基因附近發(fā)現(xiàn)了較少的單個(gè)拷貝基因，表明這些特征在過(guò)去2000年間也在迅速擴(kuò)散。Field在上述會(huì)議的講話中以及預(yù)印本服務(wù)器bioRxiv.org上報(bào)告了這些發(fā)現(xiàn)。一個(gè)進(jìn)化驅(qū)動(dòng)因素可能是英國(guó)灰暗的天空：決定金色頭發(fā)的基因還帶來(lái)更淺的膚色，而這使得身體在陽(yáng)光稀缺的條件下產(chǎn)生更多維生素D。也或者受到對(duì)金發(fā)碧眼伴侶的偏好的驅(qū)動(dòng)，性別選擇一直在發(fā)揮作用。
其他研究人員對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)表示贊賞。“這種方式看上去能探測(cè)到更加細(xì)微和普遍的選擇信號(hào)。”德國(guó)馬普學(xué)會(huì)進(jìn)化人類學(xué)研究所進(jìn)化遺傳學(xué)家Svante P?覿?覿bo表示。
作為表明該方法威力的另一個(gè)跡象，Pritchard團(tuán)隊(duì)還探測(cè)到由上百個(gè)基因中的微小變化而非單個(gè)基因控制的特征選擇。這些特征包括嬰兒的身高、頭圍以及對(duì)嬰兒分娩至關(guān)重要的女性臀圍。通過(guò)研究單個(gè)拷貝基因的密度，Pritchard團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)這3個(gè)特征的選擇發(fā)生在最近幾千年的基因組中。
紐約基因組中心進(jìn)化遺傳學(xué)家Joseph Pickrell利用一種不同策略，將選擇置于更加敏銳的顯微鏡下，從而在一代人的尺度上探測(cè)到進(jìn)化跡象。他和Przeworski仔細(xì)研究了擁有歐洲血統(tǒng)的6萬(wàn)人，以及來(lái)自一項(xiàng)名為“英國(guó)生物樣本庫(kù)”的大規(guī)模測(cè)序行動(dòng)的15萬(wàn)人的基因組。他們想知道，基因變異體是否會(huì)在不同年齡的個(gè)人當(dāng)中更改頻率，從而揭示在一代或兩代人中正在發(fā)揮作用的選擇。該生物樣本庫(kù)包括相對(duì)較少的老年人，但擁有關(guān)于參與者父母的信息，因此團(tuán)隊(duì)成員還研究了父母死亡和子女等位基因頻率之間的關(guān)聯(lián)。
不過(guò)，短時(shí)間尺度內(nèi)的選擇跡象將永遠(yuǎn)受到統(tǒng)計(jì)波動(dòng)的“折磨”。然而，P?覿?覿bo認(rèn)為，這兩個(gè)項(xiàng)目“表明了大規(guī)模研究在理解哪些因素決定了當(dāng)今社會(huì)中人類生存和繁衍方面的威力”。（宗華）
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)