3月28日，復旦大學科技考古研究院文少卿團隊、生命科學學院金力團隊聯合廈門大學王傳超團隊及陜西省考古研究院在Cell Press細胞出版社旗下期刊Current Biology上以“Ancient Genome of the Chinese Emperor Wu of Northern Zhou” 為題發表研究論文。
圖1：該研究在Current Biology網站發布截圖
該研究以北周武帝（以下簡稱“武帝”）遺骸中提取的古DNA為樣本，基于探針捕獲方案進行建庫，運用華大智造DNBSEQ-G99等測序平臺成功獲取了武帝的低深度全基因組信息以及該基因組中的眾多SNP位點信息，結合歷史學、考古學等多學科知識，以及顱面復原技術，為揭示武帝面部特征、生前罹患疾病可能情況、族源分析提供了有力證據，并最終實現武帝容貌的復原。
“一代雄主”北周武帝長啥樣？“一代雄主”北周武帝長什么樣？此前，人們只能根據著名畫家閻立本的《歷代帝王圖》（圖2E）進行合理想象。如今，隨著科技的進步，研究團隊計劃結合古基因組學與顱面復原技術對北周武帝面貌進行復原，揭開歷史謎題。
圖2：武帝面部三維重建以及面部特征預測
2015年4月，研究團隊正式前往西安對武帝及阿史那皇后遺骨進行采樣。考慮到保護武帝顱骨的完整性，在采樣時，研究團隊沒有選取DNA保存最好的顳骨和牙齒部分，而是選擇了肢骨斷片。
多年來，在考古工作人員中口口相傳著一句話——“大墓不見人骨”，由于大型墓地中氧氣充分，人骨更易腐敗，因此往往保存狀況不佳，能提取到的DNA樣本里，大部分為土壤微生物DNA，人的DNA占比僅為千分之一。在這樣的條件下，想從中獲取DNA，并成功完成后續測序和分析是很有挑戰性的。經過6年的反復嘗試，通過探針富集技術與高通量測序技術，團隊成員首次獲取約10萬個可用的基因位點。
圖3：論文核心研究方法截圖（部分）
由于武帝的肢骨DNA樣本的污染率高，其基因組的解密面臨著曲折的路，已獲得的10萬個位點僅可滿足基本的族源分析，對于推測武帝的面貌特征和死因而言則力有不逮。經過1年的努力，研究團隊針對高度降解樣本優化出一套全新技術方案，包含高效獲取短片段的磁珠提取方法、對短片段友好的單鏈建庫方法和專門適用于古DNA的捕獲探針。2023年9月，在新技術加持下，結合DNBSEQ-G99在內源率和文庫復雜度方面的優異表現，團隊終于再次在武帝肢骨樣本上獲取了約100萬個可用的基因位點，較上次提高10倍。這次結果，使得團隊成功獲取武帝相貌復原的色素沉積相關位點和疾病推斷相關位點，并進一步對武帝族源進行更精細的定量分析。
在此基礎上，研究團隊結合顱骨CT掃描技術，對武帝進行了初步的面貌復原（圖2A，B），并分析了控制頭發、皮膚和瞳孔色素相關的基因位點，對武帝的面貌進行了一次跨越千年的“面部重建”（圖2C）。復原結果顯示，北周武帝宇文邕有著黑色頭發、黃色皮膚和棕色眼睛，符合典型的東北亞、東亞人長相，與人們想象中鮮卑族相貌具有強烈異域特色——須發茂盛、發色偏黃和高鼻深目大不相同（圖2D）。
頭戴帝冕、清瘦英武、不怒自威，這是我國首次以科技考古方式復原古代帝王容貌，賦予歷史以鮮活氣息。
“胡漢混血”揭秘鮮卑族群歷史起源
多年來，鮮卑人的外貌長相是歷史學界較具爭議的話題之一。此外，鮮卑人群的起源之說也是歷史學和人類學領域的重要課題。通過對武帝基因組進行分析，研究團隊從遺傳學角度揭示了武帝及其家族的族源，對理解鮮卑人群的長相特征與起源提供了重要證據。
復旦科技考古團隊認為，武帝宇文邕是胡漢混血兒。通過遺傳學分析，研究團隊發現，武帝與古代契丹人、黑水靺鞨人以及現代達斡爾人、蒙古人存在最近的遺傳關系，并估計武帝血統有六成源于古代黑龍江流域的東北亞人群，三成源于古代黃河流域的農業人群。武帝家族譜系表明他的祖母王氏可能是北方漢人，所以，武帝約三分之一的古代黃河流域血統極可能是鮮卑與漢族長期通婚的結果。因此，推斷武帝的這種遺傳構成很可能是由于鮮卑皇室與當地漢族貴族之間長期通婚所致。
武帝的遺傳起源分析為在漢人的形成過程中漢族與非漢貴族的通婚融合過程提供了直接證據。同時，不同地理區域的鮮卑人內部也存在一定的遺傳差異，說明鮮卑族群的形成也是一個充滿動態變化的過程，受到與周邊其他人群通婚融合的影響。
圖4（A）武帝的墓穴所在地及其與其他族群的親緣關系介紹；（B）孝陵平面圖；（C）墓道、墓室文物分布圖；（D）北周武帝墓志銘
這一發現，為南北朝時期貴族之間“胡漢融合”找到了直接證據，對理解漢民族的形成意義重大。
“千年懸案”終破解——武帝死因之謎
長期以來，武帝的死因撲朔迷離，此前主要通行兩種說法：其一為死于烈性疾病，其二為死于中毒。借助科技考古手段，團隊對這個流傳千余年的懸案進行了一場“遲來”的法醫鑒定。
在對武帝的基因組進行疾病易感性分析后，研究團隊發現武帝攜帶的6個疾病相關的風險基因位點中，其中之一就與中風相關。這一發現為解開武帝死因之謎提供了新的線索。
同時，對武帝遺骸股骨樣本中33種微量元素進行分析后，研究團隊發現，其體內砷（As）的含量顯著高于同時期古代平民和貴族的平均水平。“人體中不同部位骨骼反映了生前不同階段的元素累積過程，股骨反應的是十年以上的代謝過程，說明這些元素是在長期飲食中累積在骨骼中的。”研究團隊介紹。
在武帝生活的魏晉南北朝時期，服用丹藥是社會上層所崇尚的精神追求和生活方式，以求滋補長生。所謂丹藥，其實是不同晶體形式的無機化合物，由多種礦物高溫燒制提煉而成，在中國有兩千多年的使用歷史。《抱樸子內篇》等典籍均顯示，不同丹藥的成份雖有所差別，但雄黃與礬石是其中代表成份。
結合武帝遺骸中如砷、銻等重金屬元素偏高和南北朝時期上流社會喜食丹藥的生活習慣，武帝也有可能死于重金屬元素慢性中毒及相關并發癥。
關于北周武帝的考古研究不僅僅是一個古代皇帝的基因研究，它還揭示印證了古代人群的遷徙、混合和文化交融的歷史。文少卿副教授表示：“從武帝研究出發，團隊還將不斷升級技術方案，繼續檢測不同時序和不同考古文化的古代樣本，持續梳理匈奴、突厥、鮮卑、吐谷渾、粟特等三到九世紀北方古族的遺傳譜系，重現唐朝大一統時代海納百川的盛況，做全東亞人的遺傳譜系樹，建立現代人與古代人的聯系，書寫中華民族的‘大家譜。’”
高通量測序革新古基因組研究
2023年10月3日，備受矚目的2022年諾貝爾生理學獎公布得獎人是瑞典遺傳學家Svante P??bo，這被稱為迄今為止距離基因組學及高通量基因測序最近的諾獎。P??bo建立了一個全新的科學學科古基因組學，完成了看似不可能的事情：采用高通量測序技術對當今人類已滅絕的近親——尼安德特人的基因組進行測序。
高通量測序技術的出現促進了基因組學的快速發展，古基因組學也因此開始成為考古學、遺傳學研究中的大熱門。高通量測序技術能克服PCR存在的不足，其理論上能檢測樣本中所有DNA分子的信息，即使古DNA含量極低，高通量測序也能很有效地對其進行測序。不僅如此，通過搭建生物信息學分析流程，結合參考基因組，還能快速檢測到樣本中是否存在古DNA損傷，從而達到鑒別古DNA的目的。同樣重要的一點是，隨著技術的成熟，測序成本逐年降低，這也使得古基因組研究領域得以發展壯大。
文少卿副教授作為古基因組學研究專家，系統性地驗證了華大智造DNBSEQ測序平臺可完美應用于古DNA的高通量測序研究。2022年，文少卿副教授負責的生物考古團隊運用MGISEQ-2000測序平臺，對“長江口二號”中出水瓷瓶中的稻殼進行碳十四測年和古植物DNA研究，成功總結出古船的沉積過程和長江口水環境的變遷；同年11月，文少卿副教授研究團隊聯合廈門大學王傳超教授團隊的研究文章--Cultural and demic co-diffusion of Tubo Empire on Tibetan Plateau中，成功獲取了距今1202-1380年的10例古代個體全基因組序列，揭秘吐蕃源流史，該研究同樣運用華大智造MGISEQ-2000基因測序平臺完成。
華大智造DNBSEQ測序平臺在測序數據質量、文庫復雜度、基因組覆蓋均一性和種群遺傳分析均表現優異，在其他重要關鍵參數上媲美古基因組學研究中常用的高通量測序平臺，可作為大多數古基因組學研究的潛在選擇。
華大智造始終致力于成為“生命科技核心工具締造者”，華大智造高通量測序平臺等生命科技核心設備將持續賦能生物考古學、分子考古學等古基因組學研究領域，助力用戶和合作伙伴產出更多研究成果，為重現人類生動歷史、呈現群體精彩故事貢獻力量。
小知識：
北周武帝是誰？北周是南北朝時期由鮮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）在位期間，大舉實行軍政改革，并統一中國北方，促進民族融合，為隋唐的大一統奠定了基礎。公元578年，親征突厥途中，年僅36歲的北周武帝突發惡疾、英年早逝，對后續歷史進程產生深遠影響，其族源、外貌長相及死因一直備受學術界和民間愛好者的關注。（有知情人透露，很多影視劇里宇文玥的歷史原型就是北周武帝宇文邕，跟蘭陵王高長恭斗智斗勇的那個就是他。）
資料來源：新華社客戶端、復旦大學科技考古研究院、澎湃新聞、 CellPress細胞科學等。
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