Population history of Japan

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02514
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大橋 順 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80301141)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 縄文人 / 日本人 / 核ゲノム / シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

本土日本人ともっとも近縁なのは韓国人である。しかし、韓国人と本土日本人のハプロタイプ多様性を比較したところ、韓国人のゲノム多様性の方が低かった。これは本土日本人は縄文人から受け継いだ多様性も保持しているためと考えられた。そこで、419人の本土日本人のゲノム成分（全ゲノム配列データ取得済み）から韓国人のゲノム成分を差し引くことで、縄文人由来ゲノム成分を抽出できると考えた。
縄文人由来ゲノム成分選別アルゴリズムを構築した。本アルゴリズムでは、縄文人と渡来系弥生人が混血したのはおよそ3,000年（100世代）前であり、そのときの混血率を核ゲノムの連鎖不平衡の程度から推定する。
次に、2通りの方法によって縄文人由来ゲノム成分の抽出を行った。第1の方法では、ゲノムiの本土日本人ハプロタイプをmi:1-miの２群（前者は渡来系弥生人由来ハプロタイプ群、後者は本土縄文人由来ハプロタイプ群）にわけ、前者のハプロタイプ頻度と韓国人のハプロタイプ頻度の差（カイ2乗値）が最小となる組合せをシミュレーション（メタヒューリスティック法）により求めた。そのときの後者のハプロタイプ群を仮想の本土縄文人集団と考えることができる。第2の方法では、ゲノム領域iの各ハプロタイプについて、韓国人染色体との平均塩基相違度を求め、大きい順に838(1-mi)本選び（838＝419名ｘ2本）、それを本土縄文人由来ハプロタイプ群とした。
以上により、本土日本人集団のゲノム成分中から縄文人由来と思われるゲノム成分のおおまかな抽出をすることができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本土日本人集団から縄文人由来ゲノム成分の抽出を行うアルゴリズムの開発を行った。第1の方法では、ゲノム領域領域iの本土日本人ハプロタイプをmi:1-miの２群（前者は渡来系弥生人由来ハプロタイプ群、後者は本土縄文人由来ハプロタイプ群）にわけ、前者のハプロタイプ頻度と韓国人のハプロタイプ頻度の差（カイ2乗値）が最小となる組合せをシミュレーション（メタヒューリスティック法）により求めた。第2の方法では、ゲノム領域iの各ハプロタイプについて、韓国人染色体との平均塩基相違度を求め、大きい順に838(1-mi)本選び（838=419人ｘ2本）、それを本土縄文人由来ハプロタイプ群とする。両方法ともハプロタイプ領域毎に縄文人由来ゲノム成分の割合が異なり、保存の程度の差を評価した。
本土日本人のY染色体ゲノムの解析から、縄文人由来Y染色体を同定し、合祖理論に基づく理論解析によって、縄文時代晩期から弥生時代初期に当該Y染色体を有する個体数が一度急速に減った（その後急速に回復）ことを明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

本土縄文人の進化史の解明を目指し、(1)縄文人由来ゲノム成分（仮想縄文人集団）、およびアジア人73集団（PanAsia SNPデータ）をあわせ、TreeMix解析などを行い、縄文人と近縁な集団（縄文人のルーツ）を探る。(2)領域ごとに最も近い共通祖先（MRCA）に至るまでの世代時間を計算し、縄文人集団サイズの時間変化を推定する。(3)高いカバレッジのネアンデルタール全ゲノム配列とデニソワ人全ゲノム配列を用い、S*統計量などを使って旧人由来ゲノム領域を同定する。(4)集団分化（Fst）と連鎖不平衡の伸展（EHH）を指標として、正の自然選択作用領域を同定する。(5)自然選択候補変異が検出されれば、申請者が開発したABC rejection algorithmを用いて、その選択係数や年齢を推定する。