Y染色体揭开曹操身世之谜-现代人类学通讯第五卷

Communication on Contemporary Anthropology, 2011, 5, 107-111/ e17 doi:10.4236/coca.2011.51017 Published Online Dec 8, 2011 2011 年 12 月 8 日 http://comonca.org.cn/Abs/2011/017.htm 107 ©上海人类学学会 Shanghai Society of Anthropology X YZ REPORT Y chromosome clues to the ancestry of Emperor Cao Cao Chuanchao Wang1, Shi Yan2, Zheng Hou1, Wenqing Fu1, Momiao Xiong1, Sheng Han1, Li Jin1,2, Hui Li1 1.MOE Key Laboratory of Contemporary Anthropology, School of Life Sciences and Department of history, Fudan University, Shanghai 200433, China; 2.CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology, SIBS, CAS, Shanghai 200031, China Email: LiHui.Fudan@gmail.com Received: Nov. 22th, 2011; revised Dec. 4th, 2011; accepted Dec. 8th, 2011. Abstract: Deep pedigrees are of great value for studying the Y chromosome evolution. However, the authenticity of the pedigree information requires careful validation. Here, we validated some deep pedigrees in China with full records of 70-100 generations spanning over 1,800 years by comparing their Y chromosomes. The present clans of these pedigrees claim to be descendants of Emperor CAO Cao (155AD–220AD). Haplotype O2-M268 is the only one that is enriched significantly in the claimed clans (P=9.323×10-5, OR=12.72), and therefore, is most likely to be that of the Emperor. Moreover, our analysis showed that the Y chromosome haplotype of the Emperor is different from that of his claimed ancestry of the earlier CAO aristocrats (Haplotype O3-002611). This study offers a successful showcase of the utility of genetics in studying the ancient history. Keywords: Y chromosome, deepest pedigree, Chinese Emperor, human ancestry, stemma record 现代人类学通讯 2011 年 第五卷 第 107-111 页 研究 Y 染色体揭开曹操身世之谜 王传超 1，严实 2，侯铮 1，傅雯卿 1，熊墨淼 1，韩昇 1，金力 1, 2，李辉 1 1.复旦大学生命科学学院及历史系现代人类学教育部重点实验室，上海 200433；2.中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所， 上海 200031 摘要: 大跨度家系对于研究 Y 染色体进化有着极其重要的意义，但家系的可信度却需仔细甄别。本文中，我 们用 Y 染色体分型比对的确认了若干有 1800 多年历史、延续 70-100 代的大跨度家系，这些家系宣称是 魏武帝曹操后裔。单倍型 O2-M268 是唯一在宣称是曹操后裔的众多家族里频率显著升高的单倍型 (P=9.323×10-5, OR=12.72)，因此也极可能是曹操的 Y 染色体单倍型。我们的结果还显示曹操的 Y 染色体 单倍型与其自称的先祖曹参的单倍型 O3-002611 并不一致。本研究是 Y 染色体和谱牒分析相结合的成功探索， 为遗传学用于历史学研究提供一个范例。 关键词：Y 染色体；最大跨度家系；魏武帝；血统；家谱 Y 染色体上的绝大部分是从父遗传且缺 乏重组，所以可以通过研究历史人物现存后 代的 Y 染色体来揭示历史人物之间的父系关 系[1-3]。近年来，国际上的成功例子有美国 第三任总统托马斯·杰斐逊的私生子的确认 [4]、犹太教祭司的 Y 染色体单倍型的推定[5] 等。实际上，Y 染色体推测历史人物的深度 还可以往更古老的年代推进。通过可靠的家 谱信息可以重建跨度极大的家系，这样的家 系可用来推断其遥远祖先的 Y 染色体单倍 型，为解决历史悬案提供新途径。这样的大 跨度家系对研究 Y 染色体的突变率及其进化 机制也都有重要意义[6]。修著家谱是中国人 的传统，一些家谱甚至跨越 3000 年将现代人 与其祖先相连，虽然它们的真实性还有待确 认。我们通过研究宣称是曹操后代的现代家 C. WANG et al. 108 COM. on C. A. 5:e17, 2011REPORT 族的男性 Y 染色体，来揭示曹操的士族出身 是否属实[7]，为探索将遗传学、谱牒资料等 用于进化和历史学研究提供范例。 魏武帝曹操(公元 155-220)因小说《三国 演义》的风靡而成为东亚最有名的历史人物 之一。陈寿的《三国志》记载曹操是西汉第 二任相国曹参(公元？-190)的后代[8]，而曹操 更自称其祖源可远溯至古曹国(公元前 11 世 纪-公元前 487)的曹叔振铎[9]，即曹操宣称自 己是皇室贵族后裔。是否具有显赫的士族出 身对于曹操争夺政治利益有很重要的意义。 然而曹操的祖父曹腾在东汉为宦官之首，曹 操的父亲曹嵩是曹腾的养子，曹操的政敌袁 绍在攻曹的檄文中写到“父嵩乞丐携养”[10]， 说他是路边捡来的乞丐。关于曹操身世的各 种说法由此流传，且纷纷扰扰争论了近 2000 年。 曹操家族的起源争议颇大，现存家谱却 是了解曹操后裔分布情况的一条重要线索。 家谱的先世传说并不十分可靠。曹氏家谱的 起点，我们选择陈寿以来言之有据的传承， 那就是始于曹参的后裔宗族，而不是再往前 的西周乃至夏朝先祖。我们课组对上海图 书馆收藏的 118 件曹氏族谱进行了全面查阅 和筛选，将家谱所载世系同历史记载相比较， 挑选出比较可靠的家谱，其中包含自称是曹 操后裔的家谱。把曹氏取样的面铺得广一些， 多取一些样本，能够更加全面地反映出自古 以来多支曹氏家族的基因状况，获得整体的 把握。家谱调查反映出，与曹参或者曹操有 关系的曹氏，大量分布于长江流域，与史料 所见五胡十六国以后曹操家族迁居于江南的 情况是吻合的。据此，我们大致确定了几处 最接近曹操后裔的居住地，一是位于安徽、 山东、河南、江苏四省的交界处，以安徽亳 州为中心，这里是曹操政权的发源地，也是 安阳汉墓被发现的地区；二是江东地区，包 括安徽泾县、繁昌、歙县、绩溪、浙江的金 华、东阳、绍兴、余姚、萧山和江西赣州等 地；三是湖南等省沿江地区，如湖南兴化、 郴州、益阳、长沙等地。 我们用 Y 染色体上的 100 个单核苷酸位 点(SNP)对全国各地曹姓 79 个家族的 280 个 男性以及其他姓氏的 446 个男性进行分型。 我们所选取的 100 个 SNP 位点涵盖了最新 Y 染色体谱系树上的 O、N、C、D、Q、R、J 等东亚地区可见的所有单倍群[11]。如果同一 家族的个体间 Y 染色体单倍型不同，该家族 则是由一些不同来源的单纯家族组成的复合 家族，因此实际上我们总共研究了 111 个曹 姓单纯家族(图 1a)。我们也在家族成员知情 同意后将大部分家谱资料影印保存。根据家 谱资料，15 个曹姓家族宣称是曹操后代，他 们中共有 6 种 Y 染色体单倍型(图 1a)，其中 仅有一种单倍型是曹操的，而其它 5 种可能 是由于收养、从母姓、非亲生等原因而引入 的[12]。我们需要通过分析不同单倍型在家族 间的分布来确认哪个才最可能是曹操的 Y 染 色体单倍型。 我们把这些曹姓家族分成三类：宣称是 曹操后代的、未宣称是曹操后代(或宣称是其 他祖源)的、其他姓氏的普通对照人群。首先， 我们两两比较了每种单倍型在这三类家族间 的频率差异，在未宣称为曹操后代的家系与 普通对照人群间并未发现任何单倍型有显著 差异(表 1)，这表明曹姓与其他姓氏一样也是 多起源的[13]，所以我们在之后的分析中把未 宣称的家族和普通人群合并在一起作为对照 组。非常有趣的是，O2-M268 是唯一在宣称 是曹操后代的家族中显著高频出现的单倍型 (Fisher 精确检验，P=9.323×10-5)，很有可能 这就是曹操的 Y 染色体单倍型。某种单倍型 是否是曹操的单倍型不能仅从其在宣称的家 族里频率来判断，还要考虑其在宣称的家族 与对照人群的频率差异。这里我们用 OR 值 去估算 O2-M268 是曹操单倍型的可能性，OR 值可判断两组变量间关系(带自信区间)。 O2-M268 在宣称为曹操后代的家族和对照人 群间的 OR 值为 12.72(表 1)，所以其为曹操 单 倍 型 的 可 能 性 为 92.71% (=12.72/(12.72+1)×100%)。还有一点需注意， 有 8 个曹姓家族坚决认为不是曹操后代，这 8 个家族的 Y 染色体单倍型也都不是 O2-M268，这也增大了 O2-M268 为曹操单倍 型的可能性。 另外，我们也估算了反概率，即假定所 有的曹操家谱都是伪造的，那么出现 6 个家 族都是相同的 O2-M268 单倍型的巧合概率。 王传超 等：Y染色体揭开曹操身世之谜 109 图 1 曹姓家族的 Y 染色体单倍型分布(a)和已确认的大跨度家系(b) Fig.1. Geographical focuses and Y chromosome genotypes of the Cao clans (a) and genealogical relationship among the six related clans (b) 表 1 不同类别的曹姓家族间 Fisher 精确检验 Tab. 1. Fisher's exact tests between different clan groups 单倍型 家族的数目 两两比较的 P 值 宣称的家族和对照 组间的 OR 值 [95% CI] 宣称 家族 未宣称 家族 其他姓氏 未宣称家族 vs.普通人群 a 宣称家族 vs. 对照组 b O2-M268 6 5 22 0.801 9.32×10-5 * 12.72 [4.22-38.32] O3-002611 1 21 79 0.384 0.952 0.32 [0.04-2.43] O1-P203 2 6 65 0.030 0.607 1.02 [0.23-4.62] O3-M117 3 15 67 0.876 0.408 1.40 [0.39-5.08] C3-M217 2 5 25 1.000 0.211 2.63 [0.57-12.17] O3-P164 1 2 13 1.000 0.358 2.51 [0.31-20.34] Others 0 42 175 0.423 1.000 0 未宣称曹操后裔的家族和普通人群合并为对照组。*, P < 0.01; a, 双侧检验; b, 右侧检验。 C. WANG et al. 110 COM. on C. A. 5:e17, 2011REPORT 由于这些家族在确信的历史中都没有联络， 所以他们如果来源不同而基因类型相同就只 能是由巧合造成的。我们知道，两个事件同 时发生的巧合概率是两个事件单独发生的概 率的乘积。那么我们可以这样估计曹操家谱 相关家族的基因巧合概率：出现两个家族基 因相同的事件计为一次巧合事件，概率就是 O2-M268 在全国汉族人中的频率约 5%[14]； 出现第三个相同基因的家族则是两次巧合事 件，概率为 5%乘以 5%；那么 6 个分布在不 同地域的曹姓家族同时是O2-M268的概率是 (5%)5=3.125×10-7，大约为千万分之三。也就 是几乎不可能。 单倍型 O3-002611 是在其他曹姓家族中 出现频率最高，也是唯一在宣称是曹参直系 后裔的 5 个曹姓家族中都唯一出现的单倍型 (图 1a)。我们继续使用推断曹操 Y 染色体单 倍型的方法，对不同曹姓家族进行分类去推 定曹参最可能的单倍型：5 个自称是曹参后 裔的 O3-002611 家族作为宣称组，79 个未宣 称的 O3-002611 家族和 458 个其他单倍型的 家族作为对照组。经分析，O3-002611 就是 曹参最可能的单倍型 (Fisher 精确检验， P=1.968×10-4)，可能性近于 100%(OR 值很 高)。综合考虑我们的分析结果，我们认为魏 武帝曹操不太可能是曹参的后裔，遗传学证 据并不支持曹操自称的士族出身。 结合数据资料，我们的结果也确认了 O2-M268 的曹操后裔和 O3-002611 的曹参后 裔的谱牒资料的可靠性(图 1b)，这些谱牒将 现代曹姓族人上溯 70-100 代与其 2000 多年 前的祖先相连，这对于 Y 染色体的进化研究 有重要意义。此次曹姓家族 Y 染色体调查是 将遗传学用于古代史研究的一个成功范例， 且提供了两个重要的契机，一是促成了历史 学和分子生物学的深层次合作研究，建立了 国内第一个以分子生物学为主要研究工具的 历史人类学新学科；二是加快了人类基因调 查从以民族向以家族为对象的转变。 材料与方法 样本 本项目由复旦大学生命科学学院伦理委 员会审核通过，根据知情同意的原则，在全 国各地采集了 79 个曹姓家族的 280个男性和 其他姓氏的 446 个男性外周血样本，大部分 谱牒资料也在家族成员知情同意后影印保 存。捷瑞 GK1042 型试剂盒(上海捷瑞®生物 工程有限公司)提取 DNA。 遗传标记 本项目所选取的 100 个 SNP 位点如下： 版 1 (单倍群 O 内), M175, M119, P203, M110, M268, P31, M95, M176, M122, M324, M121, P201, M7, M134, M117,002611, P164, L127 (rs17269396),KL1 (rs17276338); 版 2 (单倍群 O 外), M130, P256, M1, M231, M168, M174, M45, M89, M272, M258, M242, M207, M9, M96, P125,M304, M201,M306; 版 3 (单倍群 C), P54, M105, M48, M208, M407, P33, M93, P39, P92, P53.1, M217, M38, M210, M356, P55,M347; 版 4 (单倍群 D), P47, N1, P99, M15, M125, M55, M64.2, M116.1, M151, N2,022457; 版 5 (单倍群 N), M214, LLY22g, M128, M46/Tat, P63, P119, P105, P43,M178; 版 6 (单倍群 R), M306, M173, M124, M420, SRY10831.2, M17, M64.1, M198, M343, V88, M458, M73, M434, P312, M269,U106/M405; 版 7 (单倍群 Q), P36.2, M3, M120, MEH2, M378, N14/M265, M25, M143, M346, L53,M323. 这些位点涵盖了最新 Y 染色体谱系树上 的东亚所有单倍群 [11]。基因分型采用 SNaPshot (ABI SNaPshot® 多重试剂盒)和荧 光引物 PCR 相结合的方法[15]，PCR 产物纯 化后在 ABI 3730 测序仪(Appliedbiosystems, Carlsbad, CA)上分析。 统计分析 为确认曹操最可能的 Y 染色体单倍型， 我们使用 Fisher 精确检验来分析每种单倍型 在不同分类的家族中的频率差异[16-17]，双 侧显著性检验来分析分类家族间的差异，右 侧检验来分析每种单倍型在宣称是曹操后裔 家族中的是否显著高频出现。我们还计算了 每种单倍型在宣称是曹操后裔的家族和对照 家族间的 OR 值。OR 值可用来描述两组变量 间的相关性，常被用在流行病学的病例-对照 研究中[18]。本项目中，OR 值是用来描述 Y 染色体单倍型和宣称的祖源之间的关系，用 王传超 等：Y染色体揭开曹操身世之谜 111 研究报告 H cN 和 HrN 分别代表在宣称的家族和对照家 族中是某一单倍型 H 的家族的数目， cT 和 rT 则分别代表宣称的家族和对照家族的所有家 族，那么单倍型 H 的 OR 值为 )( )( H rr H r H cc H c H NTN NTNOR −× −× = 。 致谢 感谢康栋东、李淑元、胡抗等采样员，曹卫东、曹 友平、曹祖义、曹津玮、曹典华、曹建和等家族召 集人。本项目得到了复旦大学文科科研推进计划、 上海市教委科技创新重点项目(11zz04)、上海市人才 发展资金(2010001)的资助，特此致谢！ 参考文献： 1.Sykes B, Irven C (2000) Surnames and the Y chromosome. 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