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中国姓氏基因研究:探寻姓氏遗传学奥秘

中国的姓氏以其特殊的血缘文化,记录了中国人五千年父系社会的进化史,我国姓氏遗传学专家关于“姓氏基因”的最新研究成果引人注目。什么是姓氏遗传学?何为“姓氏基因”?姓氏可透露中国人的哪些生命遗传信息?证实姓氏与遗传基因的关联性有何实际意义?带着诸多问题,记者日前采访了中国科学院遗传研究所的姓氏遗传学家袁义达。

中华姓氏源流树


姓氏基因遗传奥秘
人们或许认为“姓氏”与“基因”风马牛不相及,然而科学家认定,两者在遗传学上有千丝万缕的联系。
生物学研究显示,控制生物遗传的基本物质是DNA,而基因则是控制某一性状的DNA片段。
基因位于染色体,每一条染色体都有许多不同基因,它们分别控制不同性状。控制一种性状的基因通常是成对的,分别位于一对同源染色体的相对位置。人体23对染色体中的最后一对决定性别,也叫性染色体。
性染色体分X、Y两种。Y染色体为男性特有,男性有带X、Y两种染色体的精子;而女性只有带X染色体的卵子。
带Y染色体的精子与带X染色体的卵子结合,孕育的是男性;而带X染色体的精子与带X染色体的卵子结合,孕育的便是女性。所以Y染色体只能由男性遗传。
一些国家姓氏随男性代代相传,女性通常只保存一代。因而Y染色体的遗传信息也就随姓氏代代相传。正是基于这一点,研究者将姓氏看作Y染色体的一个特殊遗传点位,认为每个姓氏均相当于这个点位的一种等位基因,其传递方式是父系遗传,故此从姓氏与染色体遗传这种奇妙关系中推出一种理论,即“姓氏是探讨同源Y染色体人群分布状况的一种理想研究模型,是人类群体遗传学研究中的一种有用标记”。
简而言之,“姓氏基因”理论以姓氏特定的文化背景和特殊的传递规律为基础,力图解开人类遗传的奥秘。
研究者提出,“姓氏基因”研究已显露大量异常生动的生命遗传信息,蕴含不凡的价值和前景!

姓氏与基因
当1985年美国斯坦福大学人类群体遗传学专家卡瓦利·斯福扎教授将他的“姓氏基因”理论带到中国时,有着五千年姓氏记录的中国人还未意识到姓氏会和基因有多大关系。那一年,斯福扎教授找到中国科学院遗传研究所,这位国际著名的群体遗传学权威提议与中国大陆科学家共同开展中国姓氏与遗传信息的研究。“洋学者”不远万里来到中国,主要是看中这里的科研资源。因为,欧洲的姓氏记录只有两三百年,日本普及姓氏也才一百多年,中国姓氏有五千多年历史,中国人几千年来有关姓氏的记录可以解开人类遗传的奥秘。从那时起,我国从事人类群体遗传学研究的科学家正式加入到这项研究中。
中国人一般都习惯地继承父亲的姓,以父系方式把姓氏传递给下一代。女子在一生内仅仅保留其父亲的姓氏,不传给下一代。因此,绝大多数的姓属于一种无性别之分、以父系方式传继的“基因”,相当于性染色体遗传的特殊基因。可以这样假设,不管是X染色体还是Y染色体,均携有“姓氏基因”,均在每代显示其姓氏的功能。惟有Y染色体具有连续传递姓氏特征的性能,而X染色体仅仅在第一代显示姓氏的性能。在多数的情况中,姓氏人口资料非常适合于大量数据统计性质的研究。可以通过各种姓氏在不同人群中分布,来探讨人群的遗传结构、不同群体间的亲缘关系、以及人群迁移等。中国人姓氏和同姓人群的分布规律的研究,有可能成为探讨中国人起源和父系遗传物质进化的一条新的重要途径和科学依据。研究者们收集了几十年来上百万份血型数据,经过计算机聚类统计分析后发现,不同人群的血样中的血型、酶、蛋白质的区域分布和人们姓氏的区域分布高度一致。这证明了中国人的姓氏分布是稳定的!这一发现,无疑说明了“姓氏基因”存在的可能,而且证明研究姓氏的遗传规律将有助于找到特殊姓氏人群的特殊遗传基因。

姓氏基因探幽访古
知道了姓氏与基因的关系后,科学家马上意识到它可以作为人类学研究的重要工具。“查基因可知你姓什么”就是这项技术在人类学中的应用。
中国人姓氏历经数千年,很难说每家的姓氏都是千年一脉。而查基因则可以检验人群是否同宗。我国科学家在太原市郊区就作了这样的研究,发现了很有意义的现象:某村的居民都姓张,附近一个庙里还供奉着张氏宗族的牌位。村民自称是几千年前某个名门之后。但研究人员从史书记录发现,正宗张姓应分布在河北地区。为了验证太原张姓的来源,研究人员从村民中抽取了30份血样,对Y染色体上的某一基因位点——“姓氏基因位点”作了测试,结果发现,该位点上的基因密码分布不一致。按照“姓氏基因”理论可判定,这些同姓人群应该不是一个祖先的后代,有些人是历史上中途改姓加入进来的。
从理论上说,每个人都可从基因密码上找到自己真正的祖先。如果考古学家找到古代男性遗体骨骼,从它的DNA上提取出Y染色体不同位点基因密码,那么只要找到同样基因密码的人就能认定是他的后人了。如果这位古人的墓志铭可证明他的真实姓氏身份,后人还可知其祖上原姓。但“姓氏基因”只能验证近几千年的遗传关系。由于人类早期是母系社会,要考查母系氏族时期的血缘关系,最可靠的方法还是测线粒体DNA的图谱。

姓氏基因对“姓”下药
“姓氏基因”的发现,为探索与疾病有关的高发易感人群的分布提供了有价值的线索,为新药特药的研制提供了“钥匙”。
早在1999年,中科院生理所的科学家就提出研究开发不同姓氏人群服用的基因型药品的设想。中科院生理所“神经和精神遗传疾病基因研究组”成立之后,对封闭地区的典型个案进行取证分析,并取得初步成果。随着研究的不断深入,前沿的生物遗传诊疗学甚至有“对姓下药”的观点。近年来,利用基因研究成果开发新药成为国际制药业的新热点,得到各国政府的极大关注和各大制药厂的慷慨投资。
5月中旬,在上海召开的“环境基因组学和药物遗传学国际研讨会”上对有关问题进行了研讨。中科院副院长陈竺院士提出中科院将启动药物创新体系。据悉,这是一项利用基因对疾病进行诊断和治疗的医疗革命,该体系将首先在上海市张江高科技园区进行试点。研究者指出,以往在新化学药物的研究中,有90%以上的药物因在临床前的实验中对大多数动物或部分人群效果不够理想或有毒性而遭淘汰,最终未能进入临床应用,而这些药对另一些人群很可能非常有效但却被忽略。在长期的医疗实践中也发现,同样的药物只对部分病人有疗效,对其他人不但不灵,还会产生不良的副作用。造成药物疗效差异的重要原因是药物遗传的多态性和隔离缺陷的存在。每个人遗传背景的差异,使药物进入人体后,代谢转化作用不同。我国疾病基因组研究责任专家陈竺教授在会上说,在这个领域不但存在着个体差异,还存在种族差异,很多致病基因在不同人群中有不同的表达,表明种族间遗传特点不完全一样,因而一些洋药不一定适合中国人。开发拥有独立知识产权的新药不但是进入WTO的需要,更是中国人遗传多样性的需要,这是我们科学家的责任。研究者认为,同样的病在不同患者身上反映的症状可能有极大差异,并且相同的药物对他们所起的功效也不完全一致。患同样疾病的人有不同的症状和对相同药物的反应不同,是因为各自遗传特性不一样。而作为一个相对封闭的遗传体系,每个姓氏都有雷同的基因特性。如果研究他们独特的姓氏基因,并“对姓下药”,才可能药到病除。正是从这个意义上,有研究者认为:将药物贴上“百家姓”的标签是科学的。如果在这一理论基础上,再用“基因型”加以完善,每个人得到一份属于自己的“基因型药品”将变成现实。有关专家预测,将来什么基因型的人可以用什么药,都将能够反映在一张“个人医疗基因卡”上,卡上记录有患者详细的个人基因信息,届时医生根据临床表现结合“基因图”可做出正确诊断,选用有效的药物;还可以预知疾病的发生,提醒病人如何预防疾病。当然,通过姓氏基因研发特效新药不可能一蹴而就,了解几十万种基因中每一个基因的功能,查明其与疾病的关联,确立新的诊断以及治疗方法,至少还需要一个相当长的过程。但以药物遗传学、药物基因组学合作开发新药的时代已经到来!

姓氏基因人类遗传奥秘

“姓氏基因”理论
■“姓氏基因”理论:以姓氏为钥匙,打开人类遗传奥秘之门
当1985年美国斯坦福大学人类群体遗传学家卡瓦利·斯福扎教授将他的“姓氏基因”理论初次带入中国时,拥有五千年姓氏记录的中国人还没意识到姓氏与遗传基因之间可能存在联系。这位国际最著名的群体遗传学权威提议与中国大陆的科学家联合开展中国姓氏与遗传方面的研究,从北京大学生物系毕业分配到中科院遗传所的袁义达得以加入到研究中,从此开始了长达16年的“姓氏基因”研究生涯,也从此在中国开创了人类群体遗传学的一个分支——姓氏群体遗传学的研究。
“姓氏基因”理论力图以姓氏特定的文化背景、特殊的传递规律为基础,解开人类遗传的奥秘。姓氏通常被作为社会科学研究的范畴,但把姓氏作为生物学的标记进行群体遗传学研究在国外已有相当长的历史。从19世纪开始,西方姓氏遗传学家已经从世界一些国家和地区的姓氏传递中找到了有关生命遗传的信息,但还远远不够,其中一个最重要的原因是,在许多国家,姓氏的传递历史不够长久且不够连贯。
在欧洲大陆,普遍使用姓的历史只有400年,有些地区直到20世纪,姓的使用尚未普遍,如土耳其到1935年才以法律形式规定使用姓。犹太人由于历史上的处境,不能使用基督徒的名字,尤其是在德意奥地区,故也很晚才使用姓。而且在许多国家,姓的形成与血缘、宗族等关系不大。与我国一水相隔的日本,在公元5世纪晚期产生了姓,但仅仅是代表社会政治结构中地位和职务的世袭称号,直到明治维新时期,1875年日本政府颁布了法令,实施户籍登记,要求每一个日本人必须有姓,日本人才急匆匆地为自己找姓,多以居地名为姓,因此多为两字姓,这不同于中国人的复姓,日本人一下子涌现出三万多个姓,真正普及了姓,日本的姓已达12万多个。但此种背景下形成的姓氏传递,很难寻找到与遗传基因的关联。
中国人的姓氏却完全不同。有着五千年文明史的中国,是世界最早使用姓的国家,大约在五千年前的伏羲氏时代,姓就被定为世袭,由父系传递;受宗法制度的持续影响,几千年历史中,祭祀祖宗,不断烟火,成了家族的头等大事。尤其在汉族社会中,宗族观念根深蒂固,有着同姓聚居和修谱联宗的习俗,在全国形成了无数群大小不等的同姓人群。中国姓氏父传子的方式垂直而稳定,再加上中国保存有大量血样统计资料,有关姓氏的准确记录可以追溯到三千年前。这一切,无疑使得中国人的姓氏成为“姓氏基因”研究的一大宝库。

记录近五千年男性遗传Y染色体的进化史
■中国的姓氏:记录近五千年男性遗传Y染色体的进化史
中国人的姓氏与遗传基因之间有着密切而奇妙的关系,姓氏会影响到基因的遗传。
生物学研究证明,人体的23对染色体中的第23对决定性别的染色体叫性染色体,分X、Y两种,男性精子中带有X、Y两种染色体,女性卵子中只带有X染色体。带Y染色体的精子与带X染色体的卵子结合,受孕结果是男性;而带X染色体的精子与带X染色体的卵子结合,受孕结果则是女性。故Y种染色体是男性特有的,只能由男性遗传。
研究发现,中国人的姓氏以父系方式传递,故姓氏形成了Y染色体上的一个特殊遗传位点,每个姓氏相当于这个位点上的一种等位基因,其传递方式是父系遗传。为证实这一点,研究者付出了长期艰苦的劳动。
袁义达和同事们将收集的几十年来上百万份血型数据,经计算机聚类系统分析后发现,不同人群血样中的血型、酶、蛋白质的区域分布和人们姓氏的区域分布高度一致,这说明中国人的姓氏分布是稳定的,“姓氏基因”可能存在。
一个更令袁义达惊喜的发现是,中国人的姓氏分布在过去的一千年中竟没有多大的变化!他查阅了从上千种文集和年谱中收集到宋朝和明朝的人物姓名,统计出人物的籍贯和居住地,并按行政区划一一作了归并,将之与全国第3次人口普查抽样资料进行比较,着重研究100个常见姓氏。他发现,宋朝、明朝和当代三个历史时期的100个常见姓氏的分布曲线吻合一致,这说明一千年里中国人的姓氏传递是连续和稳定的,“姓氏基因”是存在的。这一切表明,姓氏是探讨同源Y染色体人群分布状况的一种理想研究模式,是人类群体遗传学研究中的一种有用标记,具有持续的研究前景。
袁义达特别补充一点,除了姓氏的父系传递,中国人还存在改姓现象,包括入赘婚姻、随母姓、避难改姓、少数民族改汉姓等,但比例很低,而且不管是什么情况下改的姓,从第二代起仍以父系方式传递。这种改姓现象被称为姓氏的突变,突变后的姓氏仍具有正常父系遗传的功能。即使在当代,人口流动较多,但就整体而言,中国广大农村同姓聚居的习俗变化不大,加上婚姻半径较小的特点,同姓人仍可以认为是某种程度隔离的Y染色体群体。

研究显露大量异常生动的生命遗传信息
■“姓氏基因”研究显露大量异常生动的生命遗传信息
大量看来异常生动的生命信息也从“姓氏基因”的研究中显露出来。袁义达发现,宋、明、当代三个历史时期的姓氏分布曲线虽然吻合一致,但也有细微变化,如明朝7大最常见姓氏占人口的比率比宋朝和当代都低1%以上,反映出宋朝到明朝时期中国人口曾经大幅度降低过。
又如,历史人口数据表明,由于连年战争和屠杀,在元朝,北方和四川地区的人口急剧减少,而浙江、江西、湖南、湖北一带的人口却相对有所增加。姓氏分布记录与此吻合,北方地区主要姓氏王、李、张、刘和杨占人口的总比率,在明朝比宋朝和当代的都低1个百分点,尤其赵姓的比率降低了4个百分点,赵姓为宋朝的皇室之姓,自然受到更大的冲击。而浙江和江西地区的第一大姓陈姓的比率反而比明朝和当代增加了1个百分点,成为明朝的第四大姓。而到清朝,政局比较稳定,经济发展,人口迅速增加,至清末民初,全国人口已达4亿,南北人口比重趋于平衡,因此大姓人口迅速增加,以至恢复和超过了宋朝时期相应姓氏的比率。
“姓氏基因”研究还表明,同是汉族姓氏,却可从血缘上分成两大分支,以武夷山———南岭为界,南北两地汉族血缘差异颇大,甚至比南北两地汉族与当地少数民族的差异还要大。这从遗传学角度证明了汉族只是文化上而并非血缘上的完整群体,整个汉族是在与少数民族的逐渐交融中形成的。
袁义达通过研究掌握了中国人姓氏的分布密度和大致规律。他自编软件,制作了100个大姓分布的彩色图谱,每个姓氏在全国的分布区域、在当地人口中的比例一目了然。他发现的另一个重要现象是,宋、明、当代三个历史时期人口分布呈现一个共同特征,即仅占姓氏总量不足5%的100个常见姓氏集中了85%以上的人口,而占姓氏总量95%以上的非常见姓氏仅代表不足15%的人口,这表明,研究中国人起源和历史离不开这100个常见姓氏的源流和史迹,它们决定着中国历史上人口迁移和地域人群间亲缘关系的程度,而非常见姓氏人群更表现出地域特色和相对隔离的现象。

研究蕴含不凡的价值和前景
■“姓氏基因”研究蕴含不凡的价值和前景
人们很关心的一个话题是,“姓氏基因”研究成果能给我们带来什么?
袁义达告诉记者,“姓氏基因”研究与人的生老病死密切相关,有望找出疾病分布与人群的关系,可使疾病诊断少走弯路。此前已有研究表明,一个人所患疾病与其遗传基因有着或多或少的联系,不同的疾病可能存在不同的高发易感人群。人们观察到,患同一种病的不同患者,即使服同一种药,疗效却迥然不同。有专家据此提出药物也有“百家姓”的观点,“姓氏基因”研究可为这个领域的研究提供线索。
“姓氏基因”还与长寿问题研究有关。有调查表明,广东、广西等地长寿人口较多,同时该地区循环系统疾病、肿瘤发病率相对较低。如果从姓氏入手,找出这些地区的大姓如“叶”、“黄”等人群进行研究,有可能会找到长寿、免疫力与某一姓氏遗传之间的关系。
“姓氏基因”研究还有益于划分同姓人群,帮助百姓寻根问祖。中国民间流行以修家谱来明示家族关系,如果掌握了姓氏与基因的关系,查一查基因就可以辨别同姓人是否出自同一血脉。袁义达介绍,前不久他们在山西太原市郊进行了这方面的研究,发现了很有意义的现象。有一个村子的居民都姓张,附近庙里也供奉着张氏家族的灵位,村民均自称是数千年前某名门之后。但研究人员从史书中了解到,正宗的张姓应分布在河北地区。为检验太原这支张姓是否同出一族,他们从村民中抽取了30份血样,对Y染色体上的某一基因位点作了测试,发现该位点上的基因密码分布并不一致,证明这些同姓人群并非一个祖先的后代,有些人的祖先应是中途改姓加入。另一个例子,在河南开封仍有不少犹太人的后裔,因长期与汉族通婚,这些犹太人后代的外形与汉族人看不出差别,但他们的Y染色体仍有同犹太人相同的特征。
袁义达强调,“姓氏基因”课题现有成果告诉我们,中国的姓氏分布是一个重要的国情,值得深入研究。“姓氏基因”研究前景相当广阔,为人类群体研究打开了一条新通道,对文明起源等诸多领域的研究都可能产生帮助。

姓氏基因科学实例
关于曹操
日前,复旦大学现代人类学教育部重点实验室,宣布向全国征集曹姓男子的Y染色体,以期通过DNA鉴定鉴定曹操墓真伪。消息称,通过检测“曹”姓男性的Y染色体类型,并进行归类,借助序列比对的方式,推测曹操应有的Y染色体特征,用DNA技术来解答曹操墓真伪的问题。
曹操墓刚发掘时,就有不少人建议用DNA技术来确定曹操墓的真伪。根据遗传规律,Y染色体只能父子相传,研究Y染色体,可发现人群在父系关系上的迁徙和发展。复旦大学现代人类学教育部重点实验室在已有的基因检测数据库中,找到了48位曹姓男性的Y染色体。他们比较发现,中原地区的曹姓男子的来源很有可能有规律可循。可以推断的是,同一类型Y染色体的曹姓男子,应该是同一个家族的后裔或者支系。该实验室期望能征集到大量的曹姓男子Y染色体类型,进行测序分类,再结合曹氏家族的分布和迁移情况,得到一个科学的结论。
各方点评
三国后,已有将近2000年历史,通过DNA真能鉴定出结果?郑州大学第一附属医院基因研究所孔祥东博士认为,如果确实可以提取到完整有效的DNA,这个方法还不错。孔祥东说,男性基因为XY,Y基因代代相传。在遗传过程中,Y基因非常恒定,突变的可能性小。人与人之间,Y基因的差别又非常大,通过DNA检测,可以将结果检测出来。
当然,基因也会因外部环境而发生突变,像文化、地理环境都对基因改变有一定的影响,但这种变异,要跨过很多代人才能显现出来。三国距今约有2000年,在人类漫长的进化史中,Y基因发生改变的可能性微乎其微。
但需要强调的是,提取的必须是核DNA才行。核DNA里面,才有“Y”染色体。省人民医院医学遗传研究所所长廖世秀也认同这个看法。但必须保证,一定得找到曹操真正的后代才行。“如果找到的不是曹操后代,鉴定结果没意义。
河南大学文学院教授王立群说,三国以后,曹魏政权被司马氏所替代,在政权交替中,曹氏宗族遭到大规模的杀戮,曹氏家族是否还有后人难断定,依据家谱断定曹操后人很难。如果曹操真有后人,他觉得应在山东一带,因为当时曹植被封到山东区,那里也许会有曹植的后人,但是这也必须有可靠的家谱才能断定。
有人说,曹操后人不姓曹而姓操,王立群认为,这个说法也有可能,“当时曹氏家族为了躲避杀戮,也许会隐去姓氏”,不过,省社科院历史与考古研究所副研究员陈建奎说,曹操的后代改姓“操”的说法正史并没记载。
曹操研究会会长赵威此前表示,曹操出生于安徽亳州,但亳州的曹姓很难说就是曹操的后代。“按我的看法,曹操死后,他的后代大多被赶出了亳州,他的后人应该在河南许昌或安阳一带。”
陈建奎说,“曹”姓最早起源于山东,公安部2006年的户籍调查显示,河南是“曹”姓第一大省,其中河南、河北、四川曹姓人员占了全国的30%。
“天下姓曹的人很多,据《三国志》记载,曹操有后代,但是几代之后便散乱了,我们已经无从查证。”南开大学历史学院教授孙立群说。

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