基于面部分割方法的颅面表型提取及其遗传与进化机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900408
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0604.表型、行为与疾病的遗传学基础
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The human craniofacial morphology is the most important distinguishing feature among individuals. The lineage similarity of the face confirms that it is genetically regulated and the heritability of face is about 0.4~0.8. In previous studies, the applicant carried out genetic and evolutionary analysis on several facial observation features and found a series of effective genetic loci. However, craniofacial morphology is a high-dimensional complex feature. The facial phenotyping based on physical description measurement and sparse feature points has limitations because it is typically preselected and has low dimensions. Lack of appropriate phenotypic extraction methods has always been the main reason why craniofacial research cannot be expanded. In response to this problem, this project relies on the sample of 10000-person 3D facial and whole-genome chip data of East Asian population collected in the previous study. On the basis of realizing high-density digital normalization of face model, the applicant will 1) use phenotype or genetic correlation and data-driven method to mine the facial area affected by the same genetic factors, and develop a complete facial segmentation process for dividing relevant regions. 2) extract the craniofacial feature corresponding to the global or local region according to segmentation by dimensionality reduction method, and 3) use genome-wide association scan to locate genetic variation affecting the extracted craniofacial features in East Asian population and conduct the evolutionary study to test whether the loci are selected. This project provides a new idea for the feature extraction of human craniofacial morphology. The results of the study will provide clues for systematic analysis of facial genetic and evolutionary mechanisms. It will also provide evidence for forensic scientists to predict facial morphology from DNA.
颅面外观差异是人类个体间最重要的表型区别。基于家系的研究证实面部相似度的遗传率为0.4~0.8。申请人在前期工作中数字化采集了大量个体的三维面部数据,发现了多个与之显著关联的遗传位点。但人脸差异的构成非常复杂,传统基于稀疏特征点的描述测量表型受人为影响大、数据量小、局限性强,缺乏完善的表型提取方法一直是颅面研究无法拓展的主要原因。针对该问题,本课题拟依托前期采集的东亚10000人三维面部数据和全基因组分型数据,在人脸高维数字化的基础上,①创新利用遗传关联与聚类方法寻找受相同遗传因素影响的颅面区域,制定一套完整的区域分割流程;②通过降维方法提取分割后颅面全局或局部区域对应的数字化表型。③对上述表型在全基因组范围开展遗传进化研究,定位相关遗传变异,检验其进化是否受到选择影响。本项目预期可为人脸的特征提取提供新思路,为系统解析人脸遗传进化机制提供线索,也为法医刑侦利用DNA推测面部形态提供依据。

结项摘要

人类颅面表型是个体间最重要的区别特征,具有高度的遗传性。不同群体的颅面特征有着明显差异,其遗传与进化机制有待挖掘。项目负责人基于前期积累的大样本量面部图像和基因组数据,发挥集成优势,构建了一套自动量化面部分割特征的方法。从遗传与进化角度,解析了人类头面部表型差异热点规律,揭示了部分东亚独特面部形态的遗传作用机制,也定位出了造成欧亚面部差异的遗传因素。具体研究成果包括:1)结合计算机技术与解剖学信息,构建了自动量化面部分割特征的提取流程,加强了生物学可解释性。 2)通过全基因组关联分析定位了244个与头面部特征关联的遗传变异,证实面部特征作为典型的复杂性状由多基因共同影响。3)基于欧亚不同人群面部形态差异,利用多基因形状(Polygenic Shape, PS)方法模拟由遗传因素影响的欧亚特征,进一步定位了13个影响东亚特有面部特征相关的主要遗传因素。4)利用自然选择分析发现欧亚面部受到选择的主要区域为鼻部,并且令鼻部变高变窄的选择主要发生在欧洲而非亚洲。本项目的研究总结并拓展了人脸特征提取方法,为系统解析人脸的遗传进化机制提供了线索。项目的研究成果是以表型组学理念、范式和方法开展生命科学研究的成功尝试,首次阐明了不同人群面部表型差异的潜在遗传基础,大大拓展了东亚面部表型遗传学的知识,对人类自身的认识具有重大意义。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Genetic variants underlying differences in facial morphology in East Asian and European populations
东亚和欧洲人群面部形态差异背后的遗传变异
  • DOI:
    10.1038/s41588-022-01038-7
  • 发表时间:
    2022-04-07
  • 期刊:
    NATURE GENETICS
  • 影响因子:
    30.8
  • 作者:
    Zhang, Manfei;Wu, Sijie;Wang, Sijia
  • 通讯作者:
    Wang, Sijia
Genetic evidence for facial variation being a composite phenotype of cranial variation and facial soft tissue thickness
面部变异是颅骨变异和面部软组织厚度的复合表型的遗传证据
  • DOI:
    10.1016/j.jgg.2022.02.020
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Genetics and Genomics
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Wei Qian;Manfei Zhang;Kaiwen Wan;Yunxia Xie;Siyuan Du;Jiarui Li;Xiongzheng Mu;Jiange Qiu;Xiangyang Xue;Xiahai Zhuang;Yingzhi Wu;Fan Liu;Sijia Wang
  • 通讯作者:
    Sijia Wang

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其他文献

颌骨牵张成骨技术的动物实验研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    北京口腔医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张曼菲;厉松
  • 通讯作者:
    厉松
通量上边界渗透系数随埋深增加指数衰减的地下水流系统
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    地质科技情报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张曼菲;孙蓉琳;梁杏
  • 通讯作者:
    梁杏

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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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