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3 · 第2學期演化生物學人類演化

古DNA分析

Ancient DNA Analysis

難度 4 · 專業human-evolutiongenomics

古 DNA(Ancient DNA, aDNA)領域在 Svante Pääbo(2022 年諾貝爾生理學/醫學獎)的引領下,從概念驗證發展為一門改寫人類演化、群體遺傳學與考古學的成熟學科。

方法論的技術細節

Dabney et al.(2013, PNAS)開發的單鏈文庫製備法(single-stranded library preparation)可回收 <50 bp 的極短片段,大幅擴展了可分析的時間範圍。Meyer & Kircher(2010, Cold Spring Harb. Protoc.)的雙索引(double-indexing)策略消除了文庫間的 index hopping 汙染。汙染評估包括:(1) C→T 損傷模式(mapDamage2, Jónsson et al., 2013);(2) 粒線體汙染估計(Renaud et al., 2015);(3) X 染色體汙染檢測(Rasmussen et al., 2011)。

古基因組學的群體遺傳學推論

Skoglund & Mathieson(2018, Trends Genet.)回顧了古 DNA 在群體遺傳學中的應用:(1) f-statistics(f3, f4, D-statistic; Patterson et al., 2012, Genetics)量化族群之間的 admixture 關係;(2) qpAdm/qpGraph(Haak et al., 2015)建構多源混合模型;(3) DATES(Narasimhan et al., 2019)估計混合事件的時間。

歐亞大陸人口動態的全景

Lazaridis et al.(2014, Nature)以 ~70 個歐洲古人基因組建立了 WHG-EEF-Steppe 三源模型。Narasimhan et al.(2019, Science)將此框架擴展到南亞:Steppe 牧民的遷移與印度-伊朗語族的擴散高度吻合。Wang et al.(2021, Science)以 ~700 個古人基因組重建東亞人口史。

古基因組揭示的適應動態

Mathieson et al.(2015, Nature)與 Stern et al.(2021, eLife)以時間序列等位基因頻率直接估計選擇係數。Marciniak et al.(2022, Nature)以 ~1,600 個西歐古人基因組追蹤 130 個 GWAS trait 的多基因選擇:確認乳糖耐受選擇信號但質疑部分先前報告的身高選擇。

非人類古 DNA

van der Valk et al.(2021, Nature)從 ~160 萬年前的西伯利亞猛獁象牙齒中恢復 DNA——目前最古老的古基因組。Orlando et al.(2013, Nature)定序了 ~70 萬年前的馬基因組。Shapiro et al.(2004, Science)以古 DNA 追蹤更新世美洲野牛的族群動態與氣候變遷的關聯。

沉積物 DNA(Sediment DNA)

Slon et al.(2017, Science)從無骨骼沉積物中萃取並偵測尼安德塔人和丹尼索瓦人的 DNA——即使沒有化石也能確認古人類在該遺址的存在。Vernot et al.(2021, Science)從 Denisova 洞穴的不同地層以 sediment DNA 重建了 ~30 萬年的佔領歷史。

前沿:古表觀基因組學(Gokhman et al., 2020, Science 以 methylation maps 重建尼安德塔人面部形態);古蛋白質組學(ZooMS, paleoproteomics)在 DNA 無法保存的樣本中的替代角色;以及倫理議題——原住民社群的知情同意、古遺骸的歸還權與基因組主權。

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