IF50.5｜古拉帕努伊基因组揭示韧性及与美洲的前欧洲接触

15个古拉帕努伊人全基因组证实：1600年代无人口崩溃，且约1250-1430年与美洲原住民发生基因交流。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

拉帕努伊（复活节岛）是世界上最孤立的有人居住地之一，以巨型石像摩艾闻名。关于其历史有两个长期争议：一是“生态灭绝”理论，认为资源过度开发导致1600年代人口崩溃；二是波利尼西亚人是否在欧洲人之前到达美洲。此前对现代拉帕努伊人的遗传研究发现其基因组中含有约10%的美洲原住民成分，且该混合事件被定年于欧洲人到来之前。然而，仅有的两项古DNA研究（一项线粒体DNA，一项极低深度全基因组）均未在古拉帕努伊个体中检测到美洲原住民血统，使这一结论受到质疑。此外，生态灭绝理论虽缺乏直接遗传证据，但一直流行。

科学问题

卡在哪里： 此前古拉帕努伊基因组数据质量极低（0.0004–0.0041×），统计效力不足，无法可靠检测低比例美洲原住民混合；同时，缺乏直接的古基因组数据来检验1600年代人口崩溃假说。

本文要回答： 利用15个高质量古拉帕努伊全基因组，重建其遗传历史，检验生态灭绝理论，并探究与美洲原住民的接触时间。

技术路线

作者主要用了：全基因组测序、GLIMPSE基因型填补、HapNe-LD有效群体大小重建、msprime模拟、ADMIXTURE、f统计、RFMix局部祖先推断、DATES/ALDER/tracts混合定年、贝叶斯联合定年。

作者从博物馆收藏的15个拉帕努伊人遗骸中提取DNA，进行全基因组测序（0.4–25.6×），并利用GLIMPSE进行基因型填补。首先通过f3统计和IBD共享确定这些个体与现代拉帕努伊人最近缘，确认其来源。然后利用HapNe-LD重建有效群体大小历史，并通过msprime模拟检验不同瓶颈场景，以评估生态灭绝假说。接着使用ADMIXTURE、D统计和RFMix检测并量化美洲原住民血统，最后结合遗传混合定年与放射性碳定年，用贝叶斯模型估计混合事件时间。

图 1　Fig. 1。图1展示f3统计结果，横轴为不同参考群体，纵轴为f3值，颜色越浅表示与古拉帕努伊人共享漂移越多。可见现代拉帕努伊人（Rapanui）的f3值最高，表明古个体与现代拉帕努伊人最近缘，其次是其他波利尼西亚岛民。

核心亮点

亮点 1｜古拉帕努伊人与现代拉帕努伊人最近缘

通过f3统计和IBD共享分析，15个古个体与全球30个参考群体比较，发现他们与现代拉帕努伊人共享最多遗传漂移和最长IBD片段，其次是其他波利尼西亚岛民。这表明这些古个体是拉帕努伊人的祖先，博物馆记录正确，也为遣返工作提供了依据。

图 2　Fig. 2。图2a展示不同人群中ROH总长度分布，古拉帕努伊人的ROH总长度较高（平均198 cM），但大部分为短片段（<12 cM），与高近交人群（如Paiter Suruí）的长ROH模式不同，提示历史有效群体小但近期无近亲婚配。图2b显示HapNe-LD有效群体大小曲线，在约28代前达到最低点后上升，无1600年代崩溃迹象。图2c展示模拟结果，颜色表示HapNe-LD曲线距离，显示无瓶颈或弱瓶颈模型与观测数据最匹配。

亮点 2｜无1600年代人口崩溃证据

HapNe-LD有效群体大小重建显示，拉帕努伊人口在约28代前（约800年前）达到最低点，之后稳步增长，未出现1600年代的急剧下降。通过msprime模拟不同瓶颈场景，发现观察到的HapNe-LD曲线与强或中等瓶颈（仅10-50%人口存活）模型不一致（P<10^-5），而与无瓶颈或弱瓶颈模型相符。ROH分布也支持这一结论。

图 3　Fig. 3。图3a展示ADMIXTURE结果（K=5和K=6），古拉帕努伊人（RN01-RN15）显示约90%波利尼西亚成分和约10%美洲原住民成分，无欧洲成分。图3b展示D统计结果，古拉帕努伊人与美洲原住民共享更多等位基因（|Z|>3.3），而与其他波利尼西亚人对称。图3c展示f3统计，显示古拉帕努伊人的美洲原住民片段与中安第斯高地人群共享最多漂移。

亮点 3｜古拉帕努伊人携带约10%美洲原住民血统

ADMIXTURE分析显示，15个古个体平均携带约10%（6.0–11.4%）的美洲原住民样祖先成分，与现代拉帕努伊人（约8%）相似，且无欧洲血统。D统计进一步证实古拉帕努伊人与美洲原住民共享更多等位基因（|Z|>3.3），而与其他波利尼西亚人对称。局部祖先推断估计美洲原住民成分占7.9–12.3%。

图 4　Fig. 4。图4a展示DATES混合连锁不平衡曲线，当以波利尼西亚和美洲原住民为源群体时，曲线衰减最慢，表明该混合模型最合适。图4b和4c展示局部祖先推断的片段长度分布和欧洲片段比例（<1%），支持两源混合模型。图4d展示贝叶斯联合定年结果，混合事件的后验分布集中在1336–1402年（68.3%概率）。

亮点 4｜美洲原住民血统源自中安第斯高地

通过RFMix识别古拉帕努伊基因组中的美洲原住民片段，并计算f3统计，发现这些片段与古代和现代中安第斯高地人群（如玻利维亚、秘鲁）共享最多遗传漂移，表明混合来源可能是南美洲太平洋沿岸人群，而非北美或安第斯以东人群。

亮点 5｜混合事件定年于1250–1430年

结合遗传混合定年（DATES、tracts）和放射性碳定年，使用贝叶斯模型估计拉帕努伊人与美洲原住民的混合事件发生在约1250–1430年（95.4%概率区间1246–1425年），远早于欧洲人1722年到达拉帕努伊，且与岛上最初定居时间（约1150–1280年）重叠。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： 全基因组测序、GLIMPSE基因型填补、HapNe-LD有效群体大小重建、msprime模拟、ADMIXTURE、f统计、RFMix局部祖先推断、DATES/ALDER/tracts混合定年、贝叶斯联合定年
• 公开数据： PRJEB22217、PRJEB20398、PRJEB29074、PRJEB24629、PRJEB28961、PRJEB37446
• 代码： 公开仓库 https://github.com/stschiff/sequenceTools；本地已克隆：sequenceTools
• 谁该点开原文： 从事古DNA、群体遗传学、人类历史重建的研究者，以及对波利尼西亚扩张和美洲接触史感兴趣的学者。

带走一句

高质量古基因组结合模拟和联合定年，能有效检验历史人口瓶颈并解析低比例混合事件，为类似争议提供范式。