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2016.09.01
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【プレスリリース】『縄文人の核ゲノム配列をはじめて決定 〜東ユーラシア人の中で最初に分岐したのは縄文人だった〜』

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プレスリリース概要

『縄文人の核ゲノム配列をはじめて決定〜
東ユーラシア人の中で最初に分岐したのは縄文人だった〜』

 

【研究概要】

国立遺伝学研究所集団遺伝研究部門および総合研究大学院大学遺伝学専攻の斎藤成也教授らのグループは、福島県北部にある三貫地貝塚から出土した縄文時代人(縄文人)の歯髄からDNAを抽出して、核ゲノムの一部を解読することに成功しました。
これまで縄文人のDNAについては、ミトコンドリアDNAの情報しか得られていませんでした。今回、ミトコンドリアDNAの数千倍にあたる核ゲノムのDNA配列1億1,500万塩基対を決定しました。このゲノム情報を、現代日本列島人と比較解析したところ、縄文人はアイヌ人にもっとも近く、ついでオキナワ人、そしてヤマト人(アイヌ人とオキナワ人を除く日本列島人)に近縁であることが明らかになりました。さらに、縄文人は、現代人の祖先がアフリカから東ユーラシア(東アジアと東南アジア)に移り住んだ頃、もっとも早く分岐した古い系統であること、そして、現代の本土日本人に伝えられた縄文人ゲノムの割合は15%程度であることが明らかになりました。
今回、縄文人の核ゲノムの一部が解読されたことによって、縄文人が現代の東アジア人と比べて遺伝的に特異な集団であったことが明らかとなりました。今後、縄文人ゲノムデータを充実させ、それらを比較解析することによって、縄文人のたどった進化史が明らかになり、日本列島人の起源と成立を知ることにつながると期待されます。

この研究成果は、Journal of Human Genetics(Online版)に掲載されます。

 

【詳細研究内容】

研究背景

現代に生きる私達は、祖先から伝えられたDNAを持っているので、現代人のDNAを調べても過去の人々についてある程度推測することができます。しかし、過去に生きていた人々のDNAを直接調べることができれば、これはすばらしい証拠になります。このようなDNAを「古代DNA」と呼びます。技術的な制約があるので、これまではもっぱらミトコンドリアDNAの塩基配列を調べることが行なわれてきましたが、現在では、数万年以上前までさかのぼって、いろいろな年代に生きていた人々の骨や歯の中に微量に残っていたDNAから、ミトコンドリアDNAや核ゲノムのDNA配列が、次々に決定されています。

日本では、1991年に国立遺伝学研究所の宝来聰らが、埼玉県で発見された縄文人の頭骨からミトコンドリアDNAを抽出し、塩基配列の一部分を決定したのがはじめての成果でした。その後、東京大学理学部の植田信太郎らが弥生人のミトコンドリアDNAゲノムの塩基配列を一部分決定しました。縄文人については、国立科学博物館人類研究部の篠田謙一、山梨大学医学部の安達登、北海道大学理学部の増田隆一らが、関東、東北、北海道の各地で出土した縄文人の骨や歯からDNAを抽出し、ミトコンドリアDNAのハプロタイプを決定しました。斎藤研究室でも、総合研究大学院大学生命科学研究科遺伝学専攻の博士課程の学生だった神澤秀明(現在国立科学博物館人類研究部)が、古代DNAの解析を行ないました。福島県の北部海岸地方にある、約3000年前まで続いた三貫地貝塚から、1950年代に大量の人骨が発見され、それらが東京大学総合研究博物館に保管されています。これら縄文人4名の歯からDNAを抽出し、その微量なDNAからミトコンドリアDNAの系統(ハプロタイプ)を推定しました。その結果、N9bとM7a2という、縄文人に高い頻度で見つかっている系統を、それぞれ2名ずつが持っていました(論文1に既発表)。私達は、福島県三貫地貝塚の縄文人から抽出したDNAを用いて、次に核DNAのゲノム配列の一部分を決定しました。

註:上の文章は『日本列島人の歴史』(斎藤成也著、2015年、岩波ジュニア新書)の一部をもとにした。

研究結果・考察

福島県三貫地貝塚の縄文人の大臼歯(奥歯)から抽出したDNAの塩基配列を、次世代シークエンサーで大量に決定しました。コンピュータ解析により、その大部分はバクテリアなどヒト以外の配列でしたが、数%はヒト由来のものでした。これらヒト由来の塩基配列だけを以下の解析では用いました。古代DNAなので、200塩基弱と短く、大部分は40-180塩基の長さにおさまっています。また、古代DNA特有の死後の塩基変化や、両端の塩基がプリンである場合なくなることを統計的にチェックして、たしかに大部分の塩基配列が古代DNAであろうと確認しました。一方、現代人のDNAが混入しているかどうかを、ミトコンドリアDNAの配列を大量に決定して調べたところ、サンプルA2の場合、現代人のDNAが11%程度混入している可能性があったのに対して、他の2サンプル(A1とB)では6%以下の混入が予想されただけでした。これら2サンプルは異なる個体からのものですが、同一遺跡の同一時代(3000年前;炭素14年代推定による)から出土し、ミトコンドリアDNAのハプロタイプも同一 (N9b)だったので、これら2サンプルの塩基配列を合体した1億1500万塩基を三貫地縄文人のデータとして、以下の解析に用いました。

三貫地縄文人のゲノム塩基配列を現代人のゲノムデータと主成分分析法*を用いて比較したところ、大きくアフリカ人、西ユーラシア人、東ユーラシア人にわかれるなかで、三貫地縄文人は東ユーラシア人にもっとも近く位置しました。そこで、三貫地縄文人と東ユーラシア人だけで比較したところ、図1のようになりました。ヤマト人(東京周辺に居住している日本人)が三貫地縄文人と北京周辺の中国人にはさまれた位置にあり、ヤマト人はこれら2集団のあいだの混血であることが示唆されます。

図1:三貫地縄文人(赤点)と他の人類集団ゲノムデータとの遺伝的近縁関係を主成分分析(PCA)でしめしたもの(今回の論文の Figure 1b)

図1:三貫地縄文人(赤点)と他の人類集団ゲノムデータとの遺伝的近縁関係を主成分分析(PCA)でしめしたもの
(今回の論文の Figure 1b) クレジット:総研大・国立遺伝学研究所

つぎに三貫地縄文人のゲノム塩基配列を東ユーラシアのさまざまな人類集団の全ゲノムSNPデータと比較したところ、ここでもヤマト人は、縄文人と東アジア北方の集団との中間に位置していました。さらに、日本列島3集団および北京の中国人と比較した場合、第1主成分(全体の遺伝的多様性をもっとも大きく示す軸)では、三貫地縄文人はアイヌ人ともっと近く、そのあとはオキナワ人、ヤマト人、中国人(北京在住者)の順となります。一方第2主成分(全体の遺伝的多様性を二番目に大きく示す軸であり、第1主成分とは数学的に独立)でみると、三貫地縄文人はむしろオキナワ人やヤマト人に近くなっています。これは、アイヌ人がもっとも縄文人のゲノムを多く持っているが、おそらく北方人類集団との混血を経ており、オキナワ人はアイヌ人より縄文人のゲノムを少なく持っており、ヤマト人はさらに少ない割合だが、縄文人のゲノムがそれなりに伝わっていると推定したわれわれの以前の研究(論文2,論文3)と一致しています。

次に、三貫地縄文人と対立遺伝子を共有している割合を、いろいろな集団で比較しました(図2)。第1主成分の結果と同様に、アイヌ人、オキナワ人、ヤマト人、中国人(北京在住)の順で三貫地縄文人との遺伝子の共有度が低くなっています。三貫地縄文人ともっとも遺伝子の共有度が高いのは日本人(ヤマト人)であり、他の東ユーラシア人は、北方でも南方でも同じ程度の共有度をしめしています。興味深いことに、南米先住民も他の東ユーラシア人とほぼ同程度となっていますが、オセアニア人は、もっと低い値です。

図2:三貫地縄文人と他の人類集団SNPデータとの対立遺伝子共有度をしめしたもの(今回の論文の Figure 3)

図2:三貫地縄文人と他の人類集団SNPデータとの対立遺伝子共有度をしめしたもの(今回の論文の Figure 3)
クレジット:総研大・国立遺伝学研究所

三貫地縄文人が現代人の進化的多様性の中でどこに位置するのかを推定するために、系統樹を作成しました(図3)。ここでは、東ユーラシアの現代人5集団、西ユーラシアの現代人5集団、パプアニューギニア人、南米先住民、アフリカの現代人2集団のほかに、シベリアの古代人2個体とデニソワ人も加えました。その結果、東ユーラシアの現代人5集団がひとつのグループにまとまり、それらの共通祖先集団と南米の先住民がまとまったあとに、三貫地縄文人、パプアニューギニア人、シベリアの古代人1がこの順でグループに加わっていました。これらの関係は、いずれも統計的に高い信頼性(ブーツストラップ確率*)が与えられており、三貫地縄文人の祖先集団が、新大陸に人類が渡っていったとされる15000年ほど前よりも以前に分岐した、きわめて古い系統であることを物語っています。また、縄文人の系統からヤマト人(JPT)への混血があったことも推定されました。

図3:三貫地縄文人と他の人類集団との系統樹赤色数字は系統樹の枝の信頼性をしめすブーツストラップ確率を、矢印は混血をあらわす(今回の論文の Figure 4)

図3:三貫地縄文人と他の人類集団との系統樹 赤色数字は系統樹の枝の信頼性をしめすブーツストラップ確率を、矢印は混血をあらわす(今回の論文の Figure 4) クレジット:総研大・国立遺伝学研究所

同様の系統関係は、混血を考えない系統樹でも示されました。また、混血の結果もある程度反映される系統ネットワークでも、線Xによって三貫地縄文人とヤマト人(JPT)が多集団と分けられることから、両者のあいだに遺伝的な共通性があること、また線Yによって東ユーラシアの現代人5集団と南米先住民に遺伝的共通性があることが示されています。
三貫地縄文人と他集団との混血については、別の方法でもっとくわしく解析し、現代日本人だけが混血したという結果を得ました。

論文1:Kanzawa-Kiriyama H., Saso A., Suwa G., and Saitou N. (2013) Ancient mitochondrial DNA sequences of Jomon teeth samples from Sanganji, Tohoku district, japan. Anthropological Science, vol. 121, no. 2, pp. 89-103.

論文2:Japanese Archipelago Human Population Genetics Consortium. (2012) The history of human populations in the Japanese Archipelago inferred from genome-wide SNP data with a special reference to the Ainu and the Ryukyuan populations. Journal of Human Genetics, Vol. 57, pp. 787–795.

論文3:Jinam A. T., Kanzawa-Kiriyama H., Inoue I., Tokunaga K., Omoto K. & Saitou N. (2015) Unique characteristics of the Ainu population in Northern Japan. J. Hum. Genet. 60, 565–571 (2015).

研究の発展性と波及効果

今回発表される論文は、日本列島における古代人の核ゲノム塩基配列を決定した最初のものですが、すでに神澤らは他のいくつかの縄文時代の遺跡からの出土人骨からDNAを抽出し、今回の三貫地貝塚縄文人から得られたゲノムDNA配列よりもはるかに多いゲノムDNA配列を得ています。このようなデータをもとにして、縄文人の日本列島における多様性と他の集団との系統関係・混血パターンがさらに明らかになってゆくことが期待されます。古代人は縄文人にはとどまらず、日本列島中央部でいえば、縄文時代より古い旧石器時代、弥生時代、古墳時代、それ以降の歴史時代に相当する時代についても、数多くの人骨が日本列島から発見されています。これら古代人のゲノム配列を決定することによって、日本列島およびその周辺において、人々が移動や混血を繰り返してきた有様が解明できると期待しています。

【論文全著者】

・Kanzawa-Kiriyama Hideaki神澤秀明(総研大遺伝学専攻 大学院生{現在:国立科学博物館 研究員})

・Kirill Kryukov (東海大学医学部ポストドク研究員)

・Timothy A. Jinam (総研大遺伝学専攻 助教;国立遺伝学研究所集団遺伝研究部門 助教)

・Hosomichi Kazuyoshi細道一善(総研大遺伝学専攻 助教;国立遺伝学研究所人類遺伝研究部門 助教 {現在:金沢大学金沢大学大学院医薬保健学総合研究科 准教授})

・Saso Aiko 佐宗亜衣子(東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 大学院生)

・Suwa Gen 諏訪元(東京大学総合研究博物館 教授;東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 教授)

・Ueda Shintaroh 植田信太郎(東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 教授)

・Yoneda Minoru 米田穣(東京大学総合研究博物館 教授)

・Tajima Atsushi 田嶋敦(金沢大学大学院医薬保健学総合研究科 教授)

・Shinoda Ken-ichi 篠田謙一(国立科学博物館 副館長)

・Inoue Ituro 井ノ上逸朗(総研大遺伝学専攻 教授;国立遺伝学研究所人類遺伝研究部門 教授)

・Saitou Naruya 斎藤成也(総研大遺伝学専攻 教授;国立遺伝学研究所人類遺伝研究部門 教授;東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻 教授)

【論文原題】

A partial nuclear genome of the Jomons who lived 3,000 years ago in Fukushima, Japan

【発表雑誌名】

Journal of Human Genetics 2016年9月1日号

【用語解説】

主成分分析:統計学における多変量解析の手法のひとつ。多次元空間に位置する膨大なデータのしめすばらつきをもっとも適切に表現する軸を数学的にもとめて、それを第1主成分とし、それとは直交する(数学的に独立である)次の軸を第2主成分とする。データが多い場合、第3主成分,第4主成分、・・・と次々に計算されるが、人類集団の膨大なゲノムデータの場合、全体のばらつきを決めるのは集団の分化や混血パターンであり、それらが第1主成分と第2主成分で表現される平面の分布で表現される場合が多い。

ブーツストラップ確率:現代統計学で広く使われているデータの信頼性を示す指標である。サンプルから重複を許したサンプリングをおこない、このような擬サンプルを多数生成させて、それらについて同一の手法(たとえば系統樹作成)で推定結果を得て、それぞれ推定された結果(系統樹の場合、枝別れパターン)の信頼性を、0〜100%の値で示す。値が高いほうが信頼性が高い。

 

https://www.soken.ac.jp/news/30232/

Posted On 2016.09.01 By 広報社会連携室
〒240-0193 神奈川県三浦郡葉山町(湘南国際村)

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