遗传学揭示了种群何时混合

基因片段可以告诉我们,在历史上,所谓的“混合”——一个种群与另一个种群的融合——发生在什么时候……
9月16日

采访

Manjusha Chintalapati,加州大学伯克利分校

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这是一张人们站在一起的照片

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当我们试图拼凑几千年前的事件,这些事件导致了巨大的飞跃,比如农业的开始,或者大陆的殖民,我们在很大程度上依赖于考古学的线索。但是,多亏了Manjusha Chintalapati和她的同事开发的一项技术,遗传学也可以发挥作用,使我们能够非常准确地看到历史上所谓的“混合”——一个种群与另一个种群的融合——发生的时间。它可以为我们提供新的见解,让我们了解对人类进化和农业等实践至关重要的假定迁移是什么时候发生的,还是事实证明没有发生……

文庶-当你有两个种群,它们混合在一起,后代各有一条染色体,当后代产生下一代时,这些染色体会被洗牌。所以基本上每一代染色体片段都会被打乱。所以你可以像使用分子钟一样使用这种组合:基于你从每个父母那里继承的DNA片段的长度,你可以问,这种混合是什么时候发生的?因为,如果碎片长一点,那么混合可能发生在几代以前,或者如果碎片短得多,那么混合可能发生在很多代以前。

克里斯:非常优雅的想法。所以我认为,这取决于知道一些序列,这些序列是每个种群独有的,所以你可以知道添加了什么?因为,如果它们是一样的,你就没有任何可以跟随的脚步了,不是吗?那么你怎么知道每个合并后的种群有什么独特之处呢?

文殊——你确实需要两个亲本种群的信息。基本上,你想要确定混合基因组的年代,以及你认为混合基因组包含信息的种群的信息。比如说你有一个非裔美国人的例子。你确实需要来源人口的信息,包括欧洲人口和非洲人口。然后你可以问,这些源种群是什么时候混合在一起的?

克里斯-你这么做的时候会考虑到整个基因密码吗?或者你只是寻找个别的小块,然后像标记一样跟踪这些小块?

文殊萨-我们实际上跟踪整个基因组。所以基本上我们处理一个混合个体的整个基因组,然后问,这些DNA片段是从哪里来的?比方说,欧洲人或非洲人。然后我们问这些碎片有多长?基于对这些片段长度的估计,我们实际上可以回去估计,因为这实际上在理论上遵循指数分布,我们可以将指数分布拟合到片段长度上,然后找出混合实际发生的时间。

Chris -这些位在染色体上的位置与它们被稀释和重组的可能性以及类似的事情无关吗?你的方法考虑到这点了吗?

文殊——是的。这是一个非常好的问题。这很重要,因为在每个基因组中都有重组热点和冷点。因此,一些片段可以变得更短,只是因为可能有更多的重组,这意味着每一代都有更多的DNA断裂。所以我们确实使用了重组图。我们实际上有这种重组发生的地方的信息,我们确实解释了这一点。

克里斯-这太棒了!但我我几乎要害怕地问,这真的有效吗?你怎么知道它有用?我们是否有一个金本位制来运行它,所以我们可以说,我们知道这是什么时候发生的。现在我们要问你的基因组工具返回什么,两者是否一致?

文殊-是的,有一些例子,你知道,一些历史是被记录下来的,对吧?所以你可以使用它们作为积极的控制,但更好的评估方法的方法总是模拟。我们实际上模拟了欧洲和非洲血统的混合。假设是100代。当我们应用我们的方法时,我们可以追溯到99代,有三个标准误差。当我们改变混合物的比例时,这是正确的;当我们改变掺合时间时;当我们改变总体的样本量。因此,我们在几个场景中测试了一种方法,它在许多场景中都很有效。

克里斯:这几乎就像基因版的碳定年法,不是吗?从某种意义上说,你知道,你有一个半衰期,放射性每次都以可预测的数量下降。但越往后看,它就越不准确,因为图变平了。现在,你的方法是否也陷入了同样的问题,你有一个最佳点,但一旦你开始进入一个很长很长的时间,噪音变得比实际信号更明显。那么这些范围是什么?

文殊萨-是的,这是一个非常好的问题。你看透了我的心思!当碎片变得非常非常短的时候,很难追溯到时间,因为没有任何信息,对吧?我们的方法的分辨率实际上高达300代。所以如果你把人类的平均世代时间约为28年,那大约是5000年。但我们方法的新颖之处在于,因为它可以处理许多退化的数据,我们可以应用于古老的样本,比如生活在5000年前的样本,样本中的混合可能发生在5000年前,所以现在我们有能力观察混合事件,比如发生在10000年前。这是我们方法中令人兴奋的部分。

克里斯:嗯,我的意思是,我注意到这幅图很好地反映了古代人们做着非常有趣的事情,四处迁徙,拥抱新的生活方式,耕种,农业等等。你是否已经在探究历史上人们什么时候做事的一些重要问题了?

文殊:对,没错。给你们一个背景,现在所有的欧洲人都可以被建模为三个群体的混合体,一个是来自中石器时代的狩猎采集者,一个是来自新石器时代的安纳托利亚农民,一个是来自青铜器时代的草原牧民。所以我们可以用日期来追溯农民和草原牧民的形成时间。

克里斯:我们有一些模糊的想法,基于一系列的测量方法来判断这些不同的事物、不同的人群和不同的群体是什么时候出现的。我们目前基于这些代理度量的预测与你的方法一致吗?我们做对了吗?或者你有没有发现,实际上有一些差距?

我们知道安纳托利亚的农业实际上可以追溯到公元前8000年左右,对吧?在这一领域有一种争论,认为安纳托利亚的农业传播到那里可能是因为伊朗农民的迁移,而伊朗是农业的发源地。但通过我们的方法,我们可以将安纳托利亚伊朗农民的基因流动追溯到公元前10000年左右。这比文献记载的时间要早得多,这表明可能不是当时的人们自己,而是随着时间的推移,这些技术得到了传播。所以,可能是当地的狩猎采集者过渡到以农业为生。所以,使用我们的方法,我们实际上可以给出两个群体混合的精确时间,这可以揭示农业是如何到达安纳托利亚的。

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