由于我们独特的骨骼形态，人类是唯一的双足类人猿。古人类学对影响骨骼形态的形态变化进行了广泛的研究。由于样本量有限，除了站立高度之外，检查个体骨骼差异和特定生长及其进化的遗传基础一直具有挑战性。
研究骨骼形态的一种方法是获取基因组中影响骨骼发育和形态的区域图谱。此前，主要通过动物模型和比较基因组学对此进行了研究，但这些方法的通量基本上较低。一种补充方法是检查人类骨骼特征变异的遗传基础。
在最新的研究中，德克萨斯大学与哥伦比亚大学的研究人员将深度学习模型应用于来自英国生物银行的 31,221 幅全身双能 X 射线吸收测定 (DXA) 图像，以提取 23 种不同的图像衍生表型，其中包括所有长骨长度以及臀部和肩部宽度，研究人员在控制高度的同时对这些表型进行分析。
所有骨骼比例 (SP) 均具有高度遗传性（约 30% 至 50%），这些性状的全基因组关联研究确定了 145 个独立基因座。这些基因座富含调节骨骼发育的基因以及与罕见的人类骨骼疾病和异常小鼠骨骼表型相关的基因。遗传相关性和基因组结构方程模型表明，肢体比例表现出很强的遗传共享性，但在遗传上与宽度和躯干比例无关。表型和多基因风险评分分析确定了髋关节和膝关节骨关节炎（美国成人残疾的主要原因）与相应地区的 SP 之间的特定关联。
该团队还发现了人类手臂到腿和臀部宽度比例进化变化的基因组证据，与古人类化石记录中这些 SP 的显著解剖学变化一致。与心血管、自身免疫、代谢和其他类别的性状相比，与这些 SP 相关的基因座在人类加速区域和在人类和类人猿整个发育过程中差异表达的基因调控元件中显着富集。
该研究验证了在 DXA 图像上使用深度学习模型来识别影响人类骨骼形态的特定遗传变异。它还将人类解剖学变化的一个主要进化方面与发病机制联系起来。
该研究以「The genetic architecture and evolution of the human skeletal form」为题，于 2023 年 7 月 21 日发布在《Science》。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8009
