全球人群腎素-血管緊張素-醛固酮通路內(nèi)關(guān)鍵基因的空間遺傳學(xué)研究——探索“基因節(jié)儉學(xué)說”的進化生態(tài)學(xué)證據(jù).pdf

1、1962年Neel提出了“節(jié)儉基因”假說并于1982年進行了修正，該假說認為引發(fā)糖尿病的易感基因有一定遺傳優(yōu)勢，并能使具有這種遺傳基因的個體產(chǎn)生某些生存優(yōu)勢，即“節(jié)儉基因”可以使人類在進食期間盡量儲備能量，以備饑餓期間消耗，而在饑荒年代又能夠盡可能減少能量消耗的基因。具有這種基因的人群具有相對的生存優(yōu)勢，即可以通過飽餐期或營養(yǎng)豐盛期盡量將多余的能量以脂肪的形式儲備起來，為饑荒期提供能量供應(yīng)，抵抗食物短缺。但隨著社會經(jīng)濟迅速發(fā)展，在原來經(jīng)

2、常出現(xiàn)食物短缺的地區(qū)，食物突然可以長期穩(wěn)定豐富供應(yīng)后，人們在開始接受高熱量食物同時擺脫了繁重的體力勞動，采用少動的生活方式，節(jié)儉基因作用就從有益于人類變成了人類的負擔(dān)，促使了肥胖及Ⅱ型糖尿病的發(fā)生率顯著增加。然而，節(jié)儉基因不應(yīng)僅包括能量代謝相關(guān)基因，水鹽代謝等相關(guān)基因只要受到特定選擇壓力的影響均可成為節(jié)儉基因。本研究基于水鹽代謝通路腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)中的幾個關(guān)鍵基因，提出如下假設(shè)：“人類走出非洲前，為適應(yīng)干旱高溫環(huán)

3、境在RAAS通路中存在優(yōu)勢基因，走出非洲后，離開干旱高溫環(huán)境，優(yōu)勢基因?qū)⒊蔀榱觿莼颍ü?jié)儉基因?qū)W說），帶有該基因的人將處于生存劣勢，部分被淘汰。因此，相關(guān)基因突變頻率應(yīng)以非洲為中心沿人類遷移路線呈明顯的地理遺傳梯度分布，世界人群的RAAS通路關(guān)鍵基因突變頻率的地理遺傳梯度應(yīng)與全球氣候變化梯度存在空間依賴性”。
　　 本研究在空間遺傳學(xué)、空間統(tǒng)計學(xué)和空間生態(tài)學(xué)的框架內(nèi)，應(yīng)用探索性和驗證性因子分析提取全球氣候地理因素的潛變量因子，在

4、此基礎(chǔ)上進行了氣候因子和等位基因基因頻率的空間自相關(guān)分析、空間克里格插值分析、空間疊加分析、多元線性回歸分析以及地理權(quán)重回歸分析，以此探索“基因節(jié)儉學(xué)說”的進化生態(tài)學(xué)證據(jù)。結(jié)果如下：⑴全球地理氣候指標可提取2個潛變量因子：溫度因子，支配著年均平均大氣氣溫（標準化因子載荷0.95），溫度氣候帶（標準化因子載荷0.96）和地理緯度帶（標準化因子載荷0.94）這三個變量，溫度因子得分越高，表示溫度越高；濕度因子，支配著年均降雨量（標準化因子載

5、荷0.84）和地理氣候帶（標準化因子載荷0.83）這兩個變量，濕度因子得分越高，表示濕度越大。⑵空間自相關(guān)分析顯示，溫度因子、濕度因子、ACE D等位基因、AGT235T等位基因和AT1R C等位基因的空間自相關(guān)系數(shù)分別為0.61、0.33、0.59、0.57和0.7，且均有統(tǒng)計學(xué)意義，氣候潛在因子和腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)關(guān)鍵基因基因頻率具有空間正相關(guān)關(guān)系。⑶ACE D等位基因、AGT235T等位基因、AT1R C等位基因、溫度因

6、子和濕度因子均存在二階趨勢，分析比較平均誤差、均方根誤差、標準平均值、標準化平均誤差和標準化均方根誤差，分別選取Spherical模型作為ACE D等位基因、溫度因子和濕度因子、Gaussian模型作為AGT235T等位基因、AT1R C等位基因的半方差函數(shù)進行空間克里格插值分析。⑷氣候潛在因子（溫度因子和濕度因子）與腎素-血管緊張素-醛固酮通路內(nèi)關(guān)鍵基因突變位點基因頻率之間的全局回歸模型表明，溫度因子、濕度因子與ACE基因D等位基因基

7、因頻率、AGT基因235T等位基因基因頻率、AT1R基因C等位基因基因頻率有關(guān)，并且溫度因子、濕度因子分別正向和負向影響著D等位基因基因頻率；溫度因子、濕度因子均正向影響著235T等位基因基因頻率；溫度因子、濕度因子均負向影響著C等位基因基因頻率。⑸氣候潛在因子（溫度因子和濕度因子）與腎素-血管緊張素-醛固酮通路內(nèi)關(guān)鍵基因突變位點基因頻率之間的局域回歸模型表明，溫度越高，D等位基因地理權(quán)重回歸模型的溫度因子系數(shù)越大，即溫度越高，D等位基

8、因基因頻率越高；濕度越大，D等位基因地理權(quán)重回歸模型的濕度因子系數(shù)越小，即濕度越大，D等位基因基因頻率越低。并且，溫度因子與ACE基因D等位基因的這種空間依賴關(guān)系與人類走出非洲的遷移路線之間也呈現(xiàn)出明顯的空間依賴關(guān)系。
　　 本研究表明：①全球地理氣候指標可提取2個潛變量因子：溫度因子，支配著年均平均大氣氣溫，溫度氣候帶和地理緯度帶這三個變量，溫度因子得分越高，表示溫度越高；濕度因子，支配著年均降雨量和地理氣候帶這兩個變量，濕度

9、因子得分越高，表示濕度越大。通過因子分析，避免了后續(xù)回歸分析中存在的多重共線性問題。②ACE基因D等位基因的地理遺傳梯度以非洲為中心沿人類遷移路線呈現(xiàn)明顯的地理遺傳梯度分布。③綜合氣候潛在因子對ACE基因D等位基因的空間依賴關(guān)系呈現(xiàn)出明顯的空間結(jié)構(gòu)性和空間異質(zhì)性特征，且這種空間依賴關(guān)系與人類走出非洲的遷移路線基本吻合。表明其受到氣候因素的自然選擇作用。④通過本研究證明了ACE基因D等位基因是一個“節(jié)儉”基因，這為“節(jié)儉”學(xué)說提供了新的進

10、化生態(tài)學(xué)證據(jù)。
　　 本研究的創(chuàng)新點：⑴擴展了“節(jié)儉”基因概念，認為與水鈉平衡調(diào)節(jié)有關(guān)的基因也應(yīng)該作為節(jié)儉基因的很好的候選者。這為從非能量代謝途徑證明“節(jié)儉”基因的存在提供了新思路。⑵采用空間遺傳學(xué)新方法，證明了ACE基因D等位基因是一個“節(jié)儉”基因，這為“節(jié)儉”基因?qū)W說提供了新的進化生態(tài)學(xué)證據(jù)。⑶將空間遺傳學(xué)、空間統(tǒng)計學(xué)、空間流行病學(xué)、進化生態(tài)學(xué)和氣候?qū)W等學(xué)科的理論方法交叉融合，為探索“節(jié)儉”基因提供了新的進化生態(tài)學(xué)分析方法。