摘要
晚期智人在距今大约5-10万年前开始走出非洲，逐渐扩散迁徙至欧亚澳美各个大陆进行独立的适应性进化，在自然选择与遗传漂变的作用下最终产生了明显的人群分化。外表特征由于受到直接的环境暴露，更容易受到环境影响，发生更加明显适应性进化，从而在不同地区的人群之间显示出更大的分化差异。已有的关于外表特征的研究主要基于是欧洲，拉美等其他人群，其研究发现的遗传机制并无法直接的生搬硬套到我国人群本身特有的遗传结构，我们需要独立地在我国人群中进行外表特征的分析，研究影响我国人群外表特征的背后遗传因素;另一方面，在东亚人群中研究影响外表特征的潜在遗传因素和自然选择信号，可以进一步理解本地人群在东亚地区的适应性进化过程。 此外，原本隔离的人群之间可能存在的人群混合现象，即两个或两个以上的具有明显遗传差异的地域群体，在发生遗传物质的交流后会导致遗传物质与体质特征的“重组”，从而大大提高遗传与表型的多样性，并且为研究适应性进化提供宝贵的材料。在混合人群中进行体质学研究可以1)提高统计效力，从而更容易找到影响体质特征的潜在遗传因素;2)研究比较影响不同祖先成分的遗传因素如何共同作用于同一表型;3)解析表型混合模式与遗传混合模式之间的关系;4)研究外表特征的近期适应性进化过程。 本文第一章中我们首先介绍了外表特征的生理学定义和发育过程。然后我们以肤色，毛发形态以及面部形态为例，介绍了人群适应性进化产生的巨大外表特征差异以及背后遗传机制。最后我们讨论人群混合、交融对遗传物质、外表特征的影响以及利用混合人群研究外表特征的优势。在接下来的第二到第五章我们分别详细研究并论述了影响东亚人群以及混合人群维吾尔族的毛发卷曲度，密度，细度特征以及头面部形态特征的遗传因素。 毛发的卷曲度在不同地区人群中显现出极大的差异。相比于其它人群的普遍的卷发\波发性状，东亚人群呈现出比例极高的直发性状。为了探究背后的潜在遗传机制以及自然选择信号，我们开展了第一个针对东亚汉族人群(3000例)头发卷曲度的全基因组关联研究，并发现了一个能够显著造成东亚人群直发的基因突变(rs3827760，EDAR基因的V370A突变)，揭示出亚洲与欧洲人群直发表型背后的不同遗传机制。我们进一步对欧亚混合人群新疆维吾尔族群体(700例)进行进一步分析，结果不仅验证了EDAR对头发卷曲度的效应，同时显示EDAR具有比TCHH更大的效应，且两者之间没有交互作用，表明这两个基因很有可能是以不同的机制来控制直发性状。此外，进行自然选择分析发现E伽R在东亚人群中受到了强烈的正向选择，但是在混合之后的维族群体中并没有受到选择，暗示毛发卷曲度并没有受到强烈的自然选择，东亚人群中广泛分布的直发形状可能是由于EDARV370A强烈选择的副产品。 人类在进化过程中褪去了绝大部分的体毛，然而人类的头面部仍然维持着大量的毛发生长且在人群中显现出多样性，研究头面部毛发的密度有助于为进化机制研究提供帮助。为此，我们开展了第一个针对东亚汉族人群以及混合人群维吾尔族眉毛浓密度的全基因组关联研究，发现了两个分别位于3q26.33和5q13.2的位点与眉毛浓密度显著相关。进一步与拉美人群进行荟萃分析之后发现位于2q12.3的EDAR同样也与眉毛浓密度显著相关。我们对这三个信号区域进行效应位点精确定位并进一步利用Crispr-Cas9靶向突变实验验证了rs1345417可以通过影响僦的表达量进而影响眉毛表型。而rsl2651896可能通过影响FOXD1的表达量也与眉毛浓度相关。最后进行自然选择分析我们发现眉毛浓密度没有受到明显的自然选择。 人类在进化过程中，大部分毛发细度大大降低，由粗硬的终毛退化为细软的毫毛。在现代人的微进化时间尺度上，不同地区的人群在经过长时间的适应性进化之后，在头发细度上呈现出较大的差异。研究头面部毛发的密度有助于理解人类的适应性进化过程。在本章中，我们首先开发了一套基于毛发显微图片进行毛发细度自动量化的系统。接着，我们开展了第一个针对东亚汉族人群以及混合人群维吾尔族头发细度的全基因组关联研究。我们发现位于rsl2549956区域的突变会影响到毛发的细度。进一步的功能性预测分析表明该突变很有可能通过改变觥J基因的表达来影响毛发的细度。TPRS1是外胚层发育过程中一个重要的转录调控因子，能够调节毛发发育的相关信号通路，从而影响毛发的发育及细度表型。最后对于觥J的自然选择研究并没有发现明显的自然选择信号。 头面部特征是人类与生俱来的个体“名片”，在不同的人群间体现出极大的差异，头面部特征相关的遗传学研究一直以来都是科学家关注的重点，研究头面部特征有助予理解人类的适成性进化过程。本文基于高密度3维面部数据对东亚人群与混合人群维吾尔族进行头丽部分析。我们首先对头面部进行5个层次的区块分割，在第0，1，2，3，4，5层次分别有1，2，4，8，16，32个人脸区块。我们对不同精细层次的所有的63个人脸区块进行全基因组关联性研究，我们共发现9个信号(EDAR，SOX9，HOXD，DCHS2，SUPT3H，PRDM1，6等)主要影响到头面部的嘴部以及鼻部区域的形态。进一步在研究面部在维族中的表型混合模式发现，维族人群的面部特征总体上与东亚汉族更加接近，其中，下巴部与东亚更加相似而眼部区域则与欧洲更加接近，说明表型的混合并不是均一的，不同区块可能呈现出一定的差异。最后我们进行了自然选择分析，我们发现与头面部相关的位点的频率总体上在人群中体现出更大的差异，表明头面部特征在过去的人群演化中受到了强烈的自然选择作用。
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