文少卿团队Current Biology：复旦大学发布首个帝王——北周武帝宇文邕的基因组 | Cell Press对话科学家
生命科学
Life science
2024年3月28日，复旦大学科技考古研究院文少卿团队、生命科学学院金力团队联合厦门大学王传超团队及陕西省考古研究院在Cell Press细胞出版社旗下期刊Current Biology上以“Ancient Genome of the Chinese Emperor Wu of Northern Zhou” 为题发表研究论文。该论文公布了北周武帝的基因组数据，并对其进行了面貌复原。复旦大学人类表型组研究院博士后杜盼新、厦门大学生命科学学院博士朱孔阳、复旦大学人类表型组研究院博士后乔辉为该论文的共同第一作者，复旦大学科技考古研究院文少卿副教授、厦门大学人类学研究所王传超、复旦大学科技考古研究院青年副研究员魏偏偏、复旦大学生命科学学院金力院士为共同通讯作者。陕西省考古研究院研究员、西北大学特聘教授张建林，复旦大学历史系教授韩昇，上海市社会科学界联合会（《学术月刊》）研究员周奇，复旦大学生命科学学院博士后蒙海亮参与了本研究。
▲长按图片识别二维码阅读原文
北周是南北朝时期由鲜卑人建立的朝代之一，其第三位皇帝北周武帝宇文邕（公元543至578年）在位期间，大举实行军政改革，北击突厥，并统一中国北方，促进民族融合，为隋唐的大一统奠定了基础。公元578年，亲征突厥途中，年仅36岁的北周武帝（下文简称“武帝”）突发恶疾、英年早逝，对后续历史进程产生深远影响，其族源、外貌长相及死因一直备受学术界和民间爱好者的关注。近日，在经过多次技术上的突破后，复旦大学科技考古研究院文少卿团队成功从武帝遗骸中提取DNA、测序和进行群体遗传分析，并结合历史学、考古学等进行多学科解读，研究结果如下：
1.北周武帝长什么样？
北周武帝长什么样？此前，人们只能根据著名画家阎立本的《历代帝王图》进行合理想象。在研究中，团队以颅骨CT扫描技术对武帝进行了初步面貌复原。通过分析控制头发、皮肤和瞳孔色素相关的基因位点后，“我们可以预测出武帝是黑色头发、黄色皮肤和棕色眼睛，符合典型的东北亚、东亚人长相。”团队成员介绍。
多年来，鲜卑人的外貌长相是历史学界较具争议的话题之一。一些史料表明，鲜卑人具有须发茂盛、发色偏黄、高鼻深目等西域胡人特征，也另有史料记载，鲜卑人与东北亚人群长相没有差别。“现在看来，第二种观点与我们预测出的武帝面貌特征相一致。”
2.北周武帝死因之谜
长期以来，武帝的死因扑朔迷离，此前主要通行两种说法：其一为死于烈性疾病，多见于官方史料；其二为死于中毒，主要流行于野史秘闻。由于武帝去世的时间点正好处于北击突厥的关键时期，第二种说法也存在一定可能性。另外，《周书》记载“（建德）四年（武帝去世三年前），帝亲戎东讨，至河阴遇疾，口不能言；睑垂覆目，不得视；一足短缩，又不得行”，这些症状表明，武帝有可能是死于中风带来的急性并发症。有意思的是，在对武帝的基因组进行疾病易感性分析后，“我们发现武帝携带一些疾病相关的风险基因位点，其中就包括中风等心血管类疾病。”
3.北周武帝及鲜卑的族源
此外，鲜卑人群的起源之说也是历史学和人类学领域的重要课题。通过对武帝基因组进行分析，团队从遗传学角度揭示了武帝及其家族的族源，对理解鲜卑人群的起源意义重大。
通过遗传学分析，团队发现，武帝与古代契丹人、黑水靺鞨人以及现代达斡尔人、蒙古人存在最近的遗传关系，并估计武帝血统有六成源于古代黑龙江流域的东北亚人群，三成源于古代黄河流域的农业人群。“武帝家族谱系表明他的祖母王氏可能是北方汉人，所以，武帝约三分之一的古代黄河流域血统极可能是鲜卑皇族与汉人贵族长期通婚的结果。”
整合分析已发表的鲜卑人基因组数据后，团队还发现，鲜卑人群至少有60%的主要血统来源于黑龙江流域的古东北亚人群，同时，不同地理区域的鲜卑人内部存在一定的遗传差异，“而这种差异很可能是鲜卑人在发展壮大的过程中与周边人群长期通婚融合的结果。”
总之，本研究通过对武帝的族源分析，找到了南北朝时期贵族之间“胡汉融合”的直接证据，这对理解汉民族的形成意义重大。同时，本研究还发现鲜卑人群主要源于黑龙江流域的古东北亚人群。此外，武帝的面貌复原、死因分析，也为解决流传千年的“悬案”提供了科学的依据。
作者专访
Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者文少卿副教授进行了专访，为大家做进一步的深入解读。
CellPress：
本研究的意义体现在哪些方面？
文少卿副教授：
皇帝在中国历史中扮演重要的角色，备受关注。然而中国皇帝的遗传谱系研究屈指可数，比如曹操、爱新觉罗家族、成吉思汗家族等。但这些遗传谱系是通过现代人群的父系单倍群分布频率推断出来，饱受争议。此外，之前的研究认为，从Y染色体的角度看，高繁殖成功率与财富和政治权力有关。因此，古代皇室被认为对人群基因池有着重要贡献。然而，武帝的父系谱系在东亚和东北亚人群中的频率较低(<5%)。文化选择对父系基因池的影响仍需要进一步研究。
武帝本人也令体质人类学者、历史学者、考古学者和公众着迷。我们基于颅骨扫描数据和基因组上色素沉积相关位点，复原了武帝外貌。这一点对于公众考古有着重要的应用价值。此外，武帝携带着一些心血管类疾病相关的风险位点，使得历史学者可以结合史料深入讨论武帝的死因，并有助于更为深入地理解武帝的一系列行为。
最后，历史资料和古基因组研究相互印证，有力论断了北周武帝为“汉胡”混合。结合其他已发表的鲜卑族的样本，揭示古代鲜卑的形成经历了一个与周边人群动态混合的过程。
CellPress：
对武帝进行古DNA实验的主要困难是什么？
文少卿副教授：
2015年4月，受陕西考古研究院委托，团队正式前往西安对武帝及阿史那皇后遗骨进行采样。考虑到保护武帝颅骨的完整性，在采样时，团队没有选取DNA保存最好的颞骨和牙齿部分，而是选择了肢骨断片，在这样的条件下，想从中获取DNA，并成功完成后续测序和分析是很有挑战性的。
经过6年的反复尝试，运用传统的提取和建库方法，配合探针富集技术，团队成员终于在二者肢骨样本上获取约10万个可用的基因位点。由于阿史那皇后的样本保存相对较好，后续实验与分析很快得以进行。2023年1月，团队将阿史那皇后基因组率先发表于Journal of Systematics and Evolution（《系统学与进化杂志》），成为首例公开发布的中国古代名人基因组。
由于武帝的肢骨DNA样本的污染率更高，其基因组的解密面临着更曲折的路，已获得的10万个位点仅可满足基本的族源分析，对于推测武帝的面貌特征和死因而言则力有不逮。经过1年的努力，团队针对高度降解样本优化出一套全新技术方案，包含高效获取短片段的磁珠提取方法、对短片段友好的单链建库方法和专门适用于古DNA的捕获探针。2023年9月，在新技术加持下，团队终于再次在武帝肢骨样本上获取了约100万个可用的基因位点，较上次提高10倍。这次结果，使得团队成功获取武帝相貌复原的色素沉积相关位点和疾病推断相关位点，并进一步对武帝族源进行更精细的定量分析。
CellPress：
能不能对历史名人相关研究做出一些展望？
文少卿副教授：
从考古应用层面而言，新技术为获取大墓和南方出土的挑战性骨骼样本乃至伴随土样中的基因组提供了可能，从法医应用层面来说，也为更多大案、要案和难案的破获拓展了想象空间。
从武帝研究出发，团队还将不断升级技术方案，继续检测不同时序和不同考古文化的古代样本，持续梳理匈奴、突厥、鲜卑、吐谷浑、粟特等三到九世纪北方古族的遗传谱系，重现唐朝大一统时代海纳百川的盛况，做全东亚人的遗传谱系树，建立现代人与古代人的联系，书写中华民族的“大家谱”。
作者介绍
文少卿
副教授
复旦大学国家发展与智能治理综合实验室副主任，文物与博物馆学系/科技考古研究院副教授，博士生导师。主要研究领域包括分子考古、量化考古、分子历史、法医考古。目前，实验室基于最前沿的古基因组学方法，系统梳理古代人群间的谱系源流关系，描述中华民族“血脉”融合的动态过程。2021年入选国家自然基金委“中欧人才”项目，2023年入选“兰台青年学者“。主持和参与国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、国家社会科学基金重大项目、欧洲研究委员会的欧洲地平线项目等重大项目。以第一作者或通讯作者在Proc Natl Acad Sci、Science Bulletin、Journal of Systematics and Evolution、Humanities and Social Sciences Communications、Antiquity等期刊发表SCI论文70余篇。
王传超
教授
厦门大学人类学研究所教授、博士生导师、所长，厦门大学生物人类学福建省哲学社会科学重点实验室主任，国家社科基金重大项目首席专家，教育部青年长江学者（2021），福建省高层次A类人才，厦门市高层次A类人才（国家级领军人才）。近五年来，以通讯作者在Nature、Nature Communications、Current Biology、Science Bulletin等国内外知名期刊上发表研究论文，精细解析了东亚人群遗传结构，系统性地重构了东亚人群形成史，为汉藏同源、南岛与壮侗同源提供古基因组学证据，反驳了现代语言起源非洲说以及泛欧亚语的农业传播假说，发展了印欧语的起源和扩散假说，推动了人类基因组学大数据在法医学中的应用。主持国家社科基金重大项目并获滚动资助、国家自然科学基金面上和青年项目、福建省杰出青年基金以及部委委托项目等。入选爱思唯尔（Elsevier）2021年和2022年中国高被引学者榜单，担任多份SCI和SSCI期刊的副编和编委、《人类学学报》编委，获多项省部级科研奖励。
魏偏偏
青年副研究员
复旦大学文物与博物馆学系/科技考古研究院，青年副研究员。研究领域为旧石器时代考古、人骨考古、古人类学、人类进化、虚拟人类学、功能形态学、史前人类行为。2014年获南非古生物科学奖学金“Palaeontological Scientific Trust ”, 2015年获“地奥奖学金”，2016年获第五届发现中国“李济考古奖学金——学术奖”。以第一作者或通讯作者在Journal of Human Evolution, American Journal of Biological Anthropology, Quaternary International等期刊发表SCI论文10余篇。
金力
院士
复旦大学校长，复旦大学医学院党委副书记、院长，中国科学院院士，复旦“浩清”教授。1997年被聘为复旦大学生命科学学院兼职教授，2005年起全职回国任生命科学学院教授。1998年参与创建国家人类基因组南方研究中心并任副主任，2003-2007年任复旦大学生命科学学院院长，2005-2010年参与创建中国科学院-德国马普学会计算生物学伙伴研究所并任共同所长，2007-2012年担任国际人类基因组组织（HUGO）理事。2007年6月任复旦大学副校长。2019年11月任复旦大学常务副校长。2013年当选中国科学院院士。国家自然科学基金委创新群体带头人，中国遗传学学会副理事长、中国人类学会副会长，先后担任Genome Research等10余家国际期刊编委。任“十二五”国家863计划前沿生物技术主题专家组组长，“十三五”国家精准医学研究重点专项专家组组长。
主要从事人群的遗传结构、人群的起源和迁徙、人类复杂遗传病和计算生物学等方向的研究。近年来承担了国家重大研究计划、国家重点研发计划、国家科技支撑重点项目、国家自然科学基金委重大项目、上海市市级科技重大专项及基础研究重点项目等多项研究。迄今，在Nature、Science、Cell等国际重要学术刊物发表论文660篇，被引30,000多次。
曾获国家自然科学二等奖（2次，第一完成人）、谈家桢生命科学成就奖、谈家桢生命科学创新奖、国际人类基因组组织（HUGO）卓越科学成就奖、何梁何利基金科技进步奖、国家杰出青年科学基金、教育部自然科学一等奖、上海市科技精英、以及省部级科技进步一等奖等奖励。
相关文章信息
研究成果发表于在Cell Press旗下Current Biology期刊上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
▌论文标题：
Ancient Genome of the Chinese Emperor Wu of Northern Zhou
▌论文网址：
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(24)00240-9
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.02.059
▲长按图片识别二维码阅读原文
Cell Press Multi-Journal Submission（点击查看）的前身Cell Press Community Review模式于2021年推出。对于通过Cell Press Multi-Journal Submission“多刊审稿”模式投稿的作者，我们将提供稿件被至多6本期刊同时考虑的机会。超过80%通过Cell Press Multi-Journal Submission“多刊审稿”模式投稿的文章获得了至少一个或多个期刊的评审。
CellPress细胞出版社
推荐阅读
▲长按识别二维码关注细胞科学