来源：

宾夕法尼亚大学

概要：

遗传学家对不同的非洲群体进行了一项研究，发现了与皮肤色素沉着有关的新基因变异。这一发现有助于解释非洲大陆上的大量肤色，揭示了人类进化的原因，并使人们了解了诸如皮肤癌等疾病的遗传风险因素。

这是一个Mursi的女性，她是撒哈拉以南的后裔。在非洲，撒哈拉以南的非洲人拥有一些最黑暗的皮肤。来自宾夕法尼亚大学的研究人员发现，在一个全基因组关联研究中，光和暗色素的变异在不同的非洲人群中都存在。

引自： Alessia Ranciaro

人类的种群特征是广泛的肤色。但到目前为止，很少有基因被证明能促进皮肤颜色的正常变化，而且这些基因主要是通过对欧洲人的研究发现的。

现在，由宾夕法尼亚大学的遗传学家领导的一项针对不同非洲群体的研究发现了与皮肤色素沉着相关的新基因变异。这一发现有助于解释非洲大陆上的大量肤色，揭示了人类进化的原因，并使人们了解了诸如皮肤癌等疾病的遗传风险因素。

“我们已经确定了新的基因变异导致的遗传基础的一个最引人注目的是变量特征在现代人类,”莎拉Tishkoff说,潘集知识和大卫·林恩教授Silfen遗传学和生物学的大学教授的任命佩雷尔曼医学院和学院的艺术与科学。“当人们想到非洲的肤色时，大多数人都会想到肤色较深的肤色，但我们发现，非洲内部存在着巨大的差异，从肤色到肤色，再到全球范围内最黑暗的皮肤，以及介于两者之间的一切。我们确定了影响这些性状的基因变异，并表明影响光和黑皮肤的突变已经存在了很长时间，这是在现代人类起源之前。”

这些发现发表在科学杂志上。Tishkoff，资深作家，与第一作者和实验室成员尼古拉斯克劳福德，博士后研究员，以及一个多机构的国际团队合作。

长期以来，Tishkoff一直在研究非洲人口的基因，研究诸如身高、乳糖耐受性、苦味敏感度和高海拔适应等特征。从她在非洲大陆工作的经验来看，肤色是一种有趣的特质，她看到了不同群体的多样性。

Tishkoff说:“皮肤颜色是人类的一个典型的可变特征，它被认为是适应性的。”“对皮肤颜色变化的遗传基础的分析揭示了适应性特征是如何进化的，包括那些在疾病风险中起作用的因素。”

浅色皮肤和深色皮肤都能带来好处:例如，深色皮肤有助于预防紫外线照射带来的负面影响，而浅色皮肤则能更好地促进紫外线照射的区域合成维生素D。

为了客观地捕捉非洲的肤色，Tishkoff和他的同事们使用了一种颜色测量仪来测量2000多名非洲人的肤色，从种族和基因多样性的人群中。他们从内臂测量，当太阳照射量很小的时候。这些测量方法可以用来推断皮肤黑色素的水平。他们获得了一系列测量值;在非洲东部的尼罗-撒哈拉地区，人们观察到最暗的皮肤，在非洲南部的采猎者群体中观察到最轻的皮肤。

研究人员从近1600人那里获得了遗传信息，在基因组中检测了400多万个单核苷酸多型基因，这些地方的DNA编码可能不同于“字母”。“从这个数据集里，研究人员能够做一个全基因组的关联研究，并发现了基因组的四个关键区域，其中的变异与皮肤颜色的差异密切相关。

最强烈的联系是在SLC24A5基因的周围和周围，该基因是已知的一种变体，在欧洲和一些南亚人的浅色皮肤中起作用，据信在三万多年前就已经出现了。这种变异在埃塞俄比亚和坦桑尼亚的人群中很常见，这些人都有来自东南亚和中东的祖先，这表明它是从这些地区携带到非洲的，而且根据其频率，可能已经被积极地选择了。

另一个含有MFSD12基因的区域，是皮肤色素沉着的第二大区域。这种基因在患有白斑病的人身上表现出低水平的皮肤，这是皮肤在某些区域失去色素的条件。

我还记得“啊哈！”“当我们看到这个基因与白斑病有关时，”克劳福德说。“那时我们才知道，我们发现了一些新的、令人兴奋的东西。”

该研究小组发现，与深色色素沉着相关的基因突变在尼洛-撒哈拉地区的人群中呈现出很高的频率，他们的皮肤很黑，除了在撒哈拉以南的人群之外，他们的皮肤颜色更浅。他们还发现了这些变异，以及其他与黑皮肤色素沉着有关的，在南亚印第安人和黑皮肤的人身上，他们的肤色在非洲之外有着最黑的颜色。

“毛发质地、肤色和身材等特征的起源，在美拉西亚、澳大利亚和撒哈拉以南非洲地区的一些土著居民之间，一直是一个谜。”Tishkoff”说。“有些人认为这是因为趋同进化，他们独立地进化了这些突变，但是我们的研究发现，在与肤色有关的基因中，他们与黑皮肤有相同的变异体，就像非洲人一样。”

“我们的数据与一项拟议的早期移民活动相一致，即现代人类离开非洲沿亚洲南部海岸，进入大洋洲和美拉拉西亚，并在其他地区进行二次移民活动。然而，也有可能存在单一的非洲源种群，它包含了与光和暗皮肤有关的遗传变异，而与深色色素沉着相关的变异只存在于南亚和大洋洲人，由于自然选择而在其他欧亚混血人中丧失了。”

同样有趣的是，在非洲的San人群中，最古老的基因谱系，以及欧洲人的遗传变异，在非洲最古老的遗传基因中，在m12、OCA2和赫c2的基因变异频率最高。

mfs12在黑色素细胞中得到了高度表达，而黑色素细胞是产生黑色素的细胞。为了证实该基因在促进皮肤色素的作用，研究人员阻止了培养基中基因的表达，并发现增加了eumelanin的产量，这是一种负责黑褐色皮肤、头发和眼睛颜色的色素。把斑马鱼的基因敲掉会导致产生黄色色素的细胞丧失。在老鼠身上，敲出这一基因的基因改变了他们的外衣的颜色，这种颜色是由红色和黄色色素的毛发引起的，而这种颜色的颜色是一种统一的灰色，这是在人类身上发现的一种色素。

“除了一项研究显示，MFSD12与白斑病有关联，我们对此一无所知，”克劳福德说，“所以这些功能性的化验是至关重要的。”

Tishkoff说:“我们超越了大多数全基因组的关联研究，做了功能性的研究，”他发现，最严重的是，最严重的影响了鱼类和老鼠的色素沉着。它指出这是一种非常保守的物种。

Tishkoff补充说:“我们不知道确切的原因，但阻止这一基因会导致失去了菲奥兰的生产，并增加了eumelanin的产量。”“我们还发现，非洲人的mfs12表达水平较低，这是有意义的，因为低水平的基因意味着更多的eumelanin生产。”

迈克尔马克斯是费城儿童医院的病理实验室医学和生理学部门的教授，同时也是宾夕法尼亚大学医学院的生理学家，他的研究成果表明，MFSD12基因会以一种新颖的方式影响人类的色素沉着。与其他色素的基因不同，这些色素主要在黑素体中表达，即黑色素生成的细胞器，在溶酶体中，mm12是由溶酶体表达的，这是一种与生成eumelanin的黑素体不同的细胞。

马克斯说:“我们的研究结果表明，溶酶体和黑素体之间存在着某种尚未定性的交叉谈话形式。”“弄清楚这是如何工作的，可能会为治疗皮肤色素沉着的方法提供新的思路。”

“此外，”马克斯说，“msd12表达的丧失对两种黑色素的产生有相反的作用，增加了eumelanin的产量，同时抑制了非黑素蛋白的生成，这表明黑素体的生成可能与溶酶体的关系更密切。”

在欧洲的oca2a和HERC2基因中发现了与皮肤颜色有关的额外联系，这些基因与欧洲人的皮肤、眼睛和头发颜色的变化有关，尽管这些基因突变是新奇的。OCA2的突变也引起了一种白病，这种病在非洲人中比其他人群更为常见。研究人员观察了相邻基因HERC2的基因变异，该基因控制着OCA2的表达。在OCA2中，他们发现了一种在欧洲和San中常见的变体，这种变体与蛋白质的较短版本有关，并带有改变的功能。他们观察到一种平衡选择OCA2的信号，这意味着该基因的两种不同版本已经被保留了，在这种情况下已经超过60万年了。

“这告诉我们，”Tishkoff说，“可能会有一些选择性的力量来维持这两个等位基因。”很有可能这个基因在人类生理的其他方面起着重要的作用。”

研究人员发现，与皮肤色素沉着相关的最后一个基因区域包括在紫外线反应和黑素瘤风险中发挥作用的基因。该地区的最佳候选基因是DDB1，在暴露于紫外线照射下，参与修复DNA。

Tishkoff说:“非洲人通常不会经常得黑色素瘤。”“在紫外线强度最高的地区，这些基因附近的变异是最高的，所以说它们可能在紫外线保护中发挥作用是有道理的。”

由团队确定的突变在调节DDB1和附近其他基因的表达中发挥了作用。

Tishkoff说:“尽管我们还不知道DDB1对色素沉积的影响机理，但我们很感兴趣的是，这种基因在各个物种中都是高度保守的，也在番茄等植物中扮演着重要的角色。”

研究小组发现，基因组的这一区域一直是非洲以外自然选择的一个强有力的目标;在非非洲人身上，与浅色肤色有关的突变几乎达到100%的频率，这是所有欧亚混血人中少有的“选择性横扫”的例子之一;选择性扫描的年龄估计在6万到8万年前，大约是现代人离开非洲的时候。

这项工作的另一个收获是对人类皮肤颜色进化的更广泛的了解。研究发现，与光和深色色素沉着有关的大多数基因变体似乎都起源于30万年前，大约100万年前就出现了，远早于现代人类的出现。在许多情况下，这些变体的老版本是与浅色皮肤有关的，这表明也许人类的祖先状态是适度的色素，而不是深肤色的肤色。

Tishkoff说:“如果你要剃掉一只黑猩猩，它就会有光的色素。所以，现代人类祖先的肤色可能是相对较轻的。”很有可能当我们失去了覆盖我们身体的毛发，从森林转移到空旷的大草原时，我们需要更黑的皮肤。影响光和黑皮肤的突变在人类中继续进化，即使在过去的几千年里。”

Tishkoff指出，这项工作强调了非洲人口的多样性，以及缺乏对种族概念的支持。

Tishkoff说:“许多我们认为与肤色有关的基因和新基因变异可能永远不会在非洲以外的地方被发现，因为它们不是高度可变的。”“非洲有如此多的多样性，这一点并不常被人们所欣赏。没有非洲种族这样的东西。我们发现，非洲大陆的皮肤颜色是非常多变的，而且它还在进化。此外，在大多数情况下，与浅色皮肤相关的基因变异在非洲出现。”