鼻子形状基因遗传自尼安德特人

诸平

Modern human and archaic Neanderthal skulls side by side, showing difference in nasal height. Credit: Dr Kaustubh Adhikari, UCL

据英国伦敦大学学院（University College London简称UCL）2023年5月9日提供的消息，来自英国（UK）、中国（China）、法国（France）、阿根廷（Argentina）、智利（Chile）、秘鲁（Peru）、哥伦比亚（Colombia）、墨西哥（Mexico）、德国（Germany）和巴西（Brazil）的研究人员合作研究发现，现代人类和古代尼安德特人的头骨显示出鼻子高度的差异（见图示），而且现代人类鼻子形状基因遗传自尼安德特人（Nose shape gene inherited from Neanderthals）。

UCL等来自多国的研究人员在一项新研究中发现，人类从尼安德特人（Neanderthals）那里继承了影响我们鼻子形状的遗传物质。相关研究结果于2023年5月8日已经在《通讯生物学》（Communications Biology）杂志网站发表——Qing Li, Jieyi Chen, Pierre Faux, Miguel Eduardo Delgado, Betty Bonfante, Macarena Fuentes-Guajardo, Javier Mendoza-Revilla, J. Camilo Chacón-Duque, Malena Hurtado, Valeria Villegas, Vanessa Granja, Claudia Jaramillo, William Arias, Rodrigo Barquera, Paola Everardo-Martínez, Mirsha Sánchez-Quinto, Jorge Gómez-Valdés, Hugo Villamil-Ramírez, Caio C. Silva de Cerqueira, Tábita Hünemeier, Virginia Ramallo, Sijie Wu, Siyuan Du, Andrea Giardina, Soumya Subhra Paria, Mahfuzur Rahman Khokan, Rolando Gonzalez-José, Lavinia Schüler-Faccini, Maria-Cátira Bortolini, Victor Acuña-Alonzo, Samuel Canizales-Quinteros, Carla Gallo, Giovanni Poletti, Winston Rojas, Francisco Rothhammer, Nicolas Navarro, Sijia Wang, Kaustubh Adhikari, Andrés Ruiz-Linares. Automatic landmarking identifies new loci associated with face morphology and implicates Neanderthal introgression in human nasal shape. Communications Biology, 2023, 6: 481. DOI: 10.1038/s42003-023-04838-7. Published: 08 May 2023. https://doi.org/10.1038/s42003-023-04838-7. 这项新研究发现，一种特定的基因导致了鼻子从上到下长得更高，这可能是自然选择的产物，因为古人类在离开非洲后适应了更寒冷的气候。

参与此项研究的有来自中国复旦大学（Fudan University, Yangpu District, Shanghai, China）；中国科学院上海营养与健康研究所，中国科学院大学，中国科学院计算生物学重点实验室（CAS Key Laboratory of Computational Biology, Shanghai Institute of Nutrition and Health, University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Yue Yang Road, Shanghai, China）；法国艾克斯-马赛大学，法国国家研究中心（Aix-Marseille Université, CNRS, EFS, ADES, Marseille, France）、法国巴黎巴斯德研究所（Institut Pasteur, Paris, France）、法国勃艮第大学（Université de Bourgogne, Dijon, France）、法国巴黎PSL大学（PSL University, Paris, France）；阿根廷拉普拉塔国立大学（Universidad Nacional de La Plata, La Plata, República Argentina）、阿根廷国家科学技术研究委员会（Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, CONICET, Buenos Aires, República Argentina）、阿根廷国家科学与技术研究理事会巴塔哥尼亚国家中心（Centro Nacional Patagónico, CONICET, Puerto Madryn, Argentina）；英国自然历史博物馆（Natural History Museum, London, UK）、英国开放大学（The Open University, Milton Keynes, United Kingdom）、英国伦敦大学学院（University College London, London, UK）；墨西哥国家人类学与历史学院（National School of Anthropology and History, Mexico City, Mexico）、墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México简称UNAM, Mexico City, Mexico）、UNAM-国家基因组医学研究所（UNAM-Instituto Nacional de Medicina Genómica, Mexico City, Mexico）；巴西圣保罗州科学警察（Scientific Police of São Paulo State, Ourinhos, SP, Brazil）、巴西圣保罗大学（Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brazil）、巴西阿雷格里的南大联邦大学（Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil）；德国马克斯·普朗克人类历史科学研究所(Max Planck Institute for the Science of Human History简称MPI-SHH, Jena, Germany)、智利阿里卡的塔拉帕卡大学（Universidad de Tarapacá, Arica, Chile）、秘鲁利马的卡耶塔诺·埃雷迪亚秘鲁大学（Universidad Peruana Cayetano Heredia, Lima, Perú）以及哥伦比亚安蒂奥基亚大学（Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia）的研究人员。

共同通讯作者、英国伦敦大学学院遗传、进化与环境学院和开放大学的Kaustubh Adhikari博士说：“在过去的15年里，自从尼安德特人的基因组被测序以来，我们已经能够了解到我们的祖先显然与尼安德特人杂交，给我们留下了他们的一小部分DNA。在这里，我们发现从尼安德特人那里继承的一些DNA会影响我们的脸型。这可能对我们的祖先有所帮助，因为它已经传承了数千代。”

这项研究使用了来自拉丁美洲（Latin America）的6000多名志愿者的数据，他们来自欧洲（European）、美洲原住民（Native American）和非洲血统（African ancestry）的混血儿，他们是伦敦大学学院领导的CANDELA研究的一部分，该研究招募了来自巴西（Brazil）、哥伦比亚（Colombia）、智利（Chile）、墨西哥（Mexico）和秘鲁（Peru）的志愿者。研究人员将参与者的遗传信息（genetic information）与他们的面部照片进行了比较，特别是观察他们面部点之间的距离，例如鼻尖或唇缘，以了解不同的面部特征与不同的基因标记之间的关系。

研究人员最近确定了33个与脸型相关的基因组区域，通过与来自东亚、欧洲和非洲其他种族的数据进行比较，他们能够复制其中的26个区域。

特别是在一个名为ATF3的基因组区域，研究人员发现，在他们的研究中，许多具有美洲原住民血统的人以及来自另一个群体的东亚血统的人，在该基因中有遗传自尼安德特人的遗传物质，这有助于鼻高的增加。他们还发现，这个基因区域有自然选择的迹象，表明它赋予了那些携带此遗传物质的人优势。

上述论文的第一作者、复旦大学李庆（Qing Li音译）博士说：“长期以来，人们一直推测我们鼻子的形状是由自然选择决定的，因为我们的鼻子可以帮助我们调节呼吸的温度和湿度，所以不同形状的鼻子可能更好适应我们祖先生活的不同气候。我们在这里发现的基因可能是从尼安德特人那里继承来的，在我们的祖先离开非洲时，它帮助人类适应寒冷的气候。”

联合通讯作者、同时在中国复旦大学、英国伦敦大学学院遗传学、进化与环境学院和法国艾克斯-马赛大学（Aix-Marseille University）任职的安德烈斯·鲁伊斯-利纳雷斯（Andres Ruiz-Linares）教授补充道：“人类多样性的大多数基因研究都调查了欧洲人的基因；我们对拉丁美洲参与者的研究，扩大了多样性样本的基因研究范围，帮助我们更好地了解所有人类的基因。”

这一发现是第二次发现来自古人类的DNA，不同于智人（Homo sapiens），会影响我们的脸型。该研究小组在2021年的一篇论文中发现，影响嘴唇形状（lip shape）的基因是从古代丹尼索瓦人（ancient Denisovans）那里遗传下来的。

本研究得到了中国国家自然科学基金会(National Natural Science Foundation of China #31771393)、上海市科学技术委员会(Scientific and Technology Committee of Shanghai Municipality 18490750300)、中国科学技术部(Ministry of Science and Technology of China 2020YFE0201600)、上海市科技重大专项(Shanghai Municipal Science and Technology Major Project 2017SHZDZX01)、111工程（111 Project B13016）；利华休姆信托基金(Leverhulme Trust F/07 134/DF)、英国应用生物学和生物科学研究理事会(Britain Biotechnology and Biological Sciences Research Council简称BBSRC BB/I021213/1), 法国艾克斯-马赛大学卓越计划{ Excellence Initiative of Aix-Marseille University - A*MIDEX (a French “Investissements d’Avenir” programme) }, 哥伦比亚安蒂奥基亚大学{Universidad de Antioquia (CODI sostenibilidad de grupos 2013- 2014 and MASO 2013-2014) },巴西国家科学技术发展委员会（Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico）, 巴西南里奥格兰德州研究支持基金(支持卓越中心计划){Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (Apoio a Núcleos de Excelência Program)}, 巴西高等教育人员培训基金会(Fundação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) 以及巴西国家牙科和颅面研究研究所{National Institute of Dental and Craniofacial Research (R01-DE027023; U01-DE020078; R01-DE016148; X01-HG007821)}, 桑坦德研究和奖学金奖（Santander Research & Scholarship Award）以及艾克斯-马赛大学博士奖学金（doctoral scholarship from Ecole Doctorale 251 Aix-Marseille Université）的资助。

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Abstract

We report a genome-wide association study of facial features in >6000 Latin Americans based on automatic landmarking of 2D portraits and testing for association with inter-landmark distances. We detected significant associations (P-value <5×10⁻⁸) at 42 genome regions, nine of which have been previously reported. In follow-up analyses, 26 of the 33 novel regions replicate in East Asians, Europeans, or Africans, and one mouse homologous region influences craniofacial morphology in mice. The novel region in 1q32.3 shows introgression from Neanderthals and we find that the introgressed tract increases nasal height (consistent with the differentiation between Neanderthals and modern humans). Novel regions include candidate genes and genome regulatory elements previously implicated in craniofacial development, and show preferential transcription in cranial neural crest cells. The automated approach used here should simplify the collection of large study samples from across the world, facilitating a cosmopolitan characterization of the genetics of facial features.