출처:
Wang, R. et al. (2025) ‘Genetic formation of Neolithic Hongshan people and demic expansion of Hongshan culture inferred from ancient human genomes’, Molecular Biology and Evolution, 42(6), msaf139.

 

[리뷰] 중화 쇼비니즘 경사도 평가: 3/10

11. Wang, R., Zhu, L., Ma, H. et al. (2025) ‘Genetic formation of Neolithic Hongshan people and demic expansion of Hongshan culture inferred from ancient human genomes’, Molecular Biology and Evolution, 42(6), msaf139. https://academic.oup.com/mbe/article/doi/10.1093/molbev/msaf139/8156834.

(1) 연구 개요 및 저자의 주장

이 연구는 홍산 문화의 유전적 기원을 분석하기 위해, 허베이성 정자자우(Zhengjiagou) 유적의 고대인 19명의 유전체를 분석했다. 저자들은 정교한 qpAdm 모델링을 통해 홍산인이 ①고대 동북아시아인(ANA), ②황하 중류 농경민(YR), ③산동 초기 신석기인(Shandong_EN)이라는 세 집단의 혼합으로 형성되었음을 밝혔다. 특히 이 연구는 기존의 통념, 즉 ‘중원 양사오 문화가 직접 북상하여 홍산 문화 형성에 기여했다’는 가설을 수정한다. 대신, 중원의 유전적 영향은 산동의 대문구 문화인(이미 중원계와 산동 토착계가 혼합된 집단)을 ‘매개’로 하여 북상했을 가능성이 더 높다고 결론 내린다.

(2) 편향성 분석 (중화 쇼비니즘 경사도: 3/10)

중원 중심의 단선적 서사를 교정하고, 동방(산동)의 능동적인 역할을 인정한 중요한 연구다.

• 서사 프레이밍 (낮은 편향성): 기존의 ‘중원→홍산’이라는 단순한 ‘화살’ 모델을 거부하고, 서요하-중원-산동을 잇는 복잡한 상호작용, 즉 ‘매트릭스’ 모델을 지향한다.
• 모델 선택과 반례 취급 (낮은 편향성): 홍산인의 다원적 기원을 입증하고, 특히 산동 대문구 문화인의 ‘매개’ 역할을 규명함으로써 중원의 역할을 상대화하고 동방의 능동성을 인정했다.
• 지리·환경 제약 반영 (중간 편향성): 지리적 거리를 고려했으나, 대문구의 영향이 내륙 경로를 통해서였는지, 아니면 연안 경로를 통해서였는지 등 구체적인 회랑에 대한 분석은 추가 연구가 필요하다.
• 유전자–문화 결합 가정 (낮은 편향성): 홍산 문화의 서쪽 확산이 인구 이동(Demic Diffusion)을 동반했음을 입증하면서도 , 그 기원은 다원적 혼합으로 설명하여 ‘문화=단일 집단’이라는 단순한 등식을 피했다.

(3) 결론 재구성

이 논문은 이미 상당 부분 균형을 갖추고 있어 큰 수정은 불필요하다. 다만 결론을 더욱 정교화한다면, “산동 대문구 문화의 매개”를 ‘내륙 회랑을 통한 매개’와 ‘해양 회랑을 통한 매개’로 분리하여 재모델링할 필요가 있다. 이를 통해 산동이 동방 해양 네트워크의 핵심 주체로서 홍산 문화 형성에 기여한 독자적인 역할이 더욱 명확하게 강조될 수 있다. 이 연구의 발견은 산동이 단순히 중원의 영향을 받는 종착지가 아니라, 유전적 흐름을 재조합하여 북쪽으로 전달하는 중요한 ‘2차 확산 중심지(secondary center of dispersal)’였음을 의미한다.

 

ISSUE

1. 중원 인구 이동론이 허물어지다.
2. 홍산문명의 드넓은 강역이 나타났다. 그리고 그 구성은 같은 핏줄로 이루어졌다.

아래 논평에 추가할 것.

1. 고조선-프리퀄의 영역이 나왔다. 최소한 발견된 홍산문화 유적 중 가장 서쪽이자 남쪽에 위치한 하북성 정가구(鄭家溝) 유적에서 발굴된 19명의 게놈 전체 데이터를 보고한다.
2. 단순한 무력지배가 아니라 핏줄이 같았다.
3. 정가구라는 변두리는 황하 유전자의 영향이 있다. 그러나 엄밀하게 말하면 황하 영향이 아니라 산동 영향이다. 산동은 용광로다. 그래서 황하의 영향을 받았다고 표현하면 안된다. 홍산-하북성-적봉.으로 이어지는 라인이 홍산/프리퀄고조선의 핏줄 회랑이기 때문이다.
4. 아래 자료를 년대순으로 다시 정리해야 한다.
5. [보고서] 산동 유전자 완성 후 교차 인용

 

서론: 연구 배경 및 핵심 질문

서요하(西遼河) 유역의 홍산(紅山) 문화는 동아시아 신석기 시대의 대표적인 복합사회 중 하나이다. 기존 고(古)게놈 연구는 홍산인의 유전적 구성을 크게 두 축, 즉 아무르(Amur) 유역의 고대 동북아시아인(Ancient Northeast Asian, ANA) 혈통과 황하(黃河) 유역 농경민(특히 중류황하의 앙소 문화 연계) 혈통의 결합으로 설명했다. 특히 황하계 혈통이 중류황하(中流黃河)의 앙소(仰韶) 문화 집단에서 유래했으나, 하류황하(下流黃河)의 산동(山東) 대문구(大汶口) 문화를 거쳐 간접적으로 유입되었을 가능성이 제기되었다.

이러한 배경에서 여기서는 두 가지 질문을 던진다.

1. 중류황하의 앙소(仰韶)계 인구는 서요하(西遼河)의 홍산(紅山)으로 직접 이주했는가, 아니면 하류황하(산동)를 경유하는 **단계적 확산(stepwise diffusion)**을 거쳤는가?
2. 이러한 유전적 영향은 홍산 문화권의 변방에만 국한되었는가, 아니면 문화의 핵심부(core)까지 미쳤는가?

데이터 및 분석 방법

본 연구는 황하 유역을 상류(감숙·청해), 중류(중원), 하류(산동)로 구분하여 분석했으며, 다음과 같은 핵심 표본 데이터를 활용했다.

• 서요하(西遼河) 홍산 표본: 문화의 핵심부를 대표하는 요녕(遼寧) 반라산(半拉山) 유적의 3인(WLR_MN, 기원전 3550–3050년)과 서남쪽 경계를 대표하는 하북(河北) 정가구(鄭家溝) 유적의 19인에 대한 고게놈 데이터를 교차 분석했다.
• 하류황하(산동) 시계열 표본: 산동(山東) 대문구(大汶口) 문화를 중심으로 한 69인의 고게놈 시계열 데이터를 통해, 중류황하 농경민의 유입과 혼합 과정을 독립적으로 검증했다.
• 서요하 부계 시계열 표본: 우하량(牛河梁), 대전자(大甸子) 등 서요하 6개 유적 47인의 Y염색체 데이터를 통해 부계 혈통의 시간적 변화를 추적했다.

분석은 전장 게놈 및 1240k SNP 데이터를 병합하여 주성분 분석(PCA), f-통계, qpAdm 혼합 모델링 등을 수행하는 방식으로 이루어졌다. 부계(Y-염색체)와 모계(mtDNA) 하플로그룹은 각각 Yleaf와 HaploGrep을 통해 결정했다. 데이터는 ENA (PRJEB36297) 및 GSA-Human (HRA011447)에 공개되어 재현성을 확보했다.

황하 유역과 서요하 유역에 분포했던 신석기 문화권. 고게놈 분석은 이들 문화권 간의 인구 이동 경로를 밝혀내는 열쇠가 된다.

주요 결과

1. ‘인구적 확산’의 증거: 홍산 핵심부-경계 간 강한 유전적 연계

하북(河北) 정가구(鄭家溝)와 약 473km 떨어진 요녕(遼寧) 반라산(半拉山)의 홍산인들은 공간적 거리에도 불구하고 유전적으로 가장 높은 유사성을 보였다. 이는 홍산 문화의 서쪽 확장이 단순한 사상의 전파가 아니라 **사람들의 직접적인 이동을 동반한 ‘인구적 확산(demic diffusion)’**이었음을 강력하게 시사한다.

2. 최적의 이주 경로: ‘직접 확산’이 아닌 ‘단계적 확산’ 모델

qpAdm 혼합 모델링 결과, 홍산인의 황하계 혈통은 하류황하(산동)를 경유하여 유입되었다는 가설이 가장 높은 설명력을 보였다.

• 대문구(大汶口) 문화인 자체가 약 40%의 산동 토착 수렵채집인 혈통과 60%의 앙소(仰韶) 문화 관련 중류황하 농경민 혈통의 조합으로 모델링된다.
• 이러한 유전적 구성을 가진 대문구(大汶口) 계통이 북상하여 ANA 토착민과 혼합되는 모델이 정가구(鄭家溝)와 반라산(半拉山) 홍산인의 유전적 조성을 가장 잘 설명했다.
• 산동(山東) 지역의 고게놈 시계열 데이터는 중후기 대문구(大汶口) 단계에 중류황하 농경민이 실제로 대규모로 유입되었음을 보여주어, 이 ‘중류황하 → 하류황하(대문구) → 서요하(홍산)’ 경로를 독립적으로 뒷받침한다.

3. 부·모계 유전으로 본 지역적 다양성과 통합

부계(Y-염색체) 유전에서는 지역적·시간적 차이가 나타났다. 신석기 시대 홍산 문화 핵심부(우하량 등)에서는 하플로그룹 N1-M231이 주를 이루었으나, 청동기 시대로 가면서 O3a와 C 계열이 증가했다. 반면, 후기 홍산 문화의 서남부 경계인 정가구(鄭家溝)에서는 하플로그룹 C2b1a1a 계통이 남성의 80%를 차지했다. 이러한 부계 혈통의 이질성에도 불구하고, 게놈 전체 수준에서는 두 지역의 홍산인들이 강력하게 연결되어 있어 단일 문화권 내에서의 통합과 이동이 있었음을 재확인시켜 준다. 한편, 우하량(牛河梁)의 mtDNA 분석에서는 지역 내 선행 문화인 소하연(小河沿) 문화와의 모계 연속성이 제시되기도 했다.

4. 시간의 흐름과 생업 변화에 따른 유전적 구성의 변동

서요하(西遼河) 지역의 유전적 구성은 시간의 흐름에 따라 뚜렷한 변화를 보였다.

• 중기 신석기 (홍산): ANA + 황하계 혼합.
• 후기 신석기 (하가점 하층): 황하계 비중 증가 (농경 심화와 연관).
• 청동기 (하가점 상층): 북방(아무르) 계통 재상승 (목축/유목 확대와 연관).

이러한 변화는 지역의 주된 생업 방식의 전환과 인구 유입의 방향이 서로 맞물려 있었음을 보여준다.

종합 토론 및 결론

핵심 쟁점: 직접 경로설 vs. 단계 확산설

• 단계 확산설 (최적 설명): 현재 데이터상 최적의 설명은 ‘중류황하(양소) → 하류황하(산동 대문구) → 서요하(홍산)’의 단계적(간접) 인구 확산이다. 하류황하(산동)는 ‘앙소 관련 혈통의 동부 허브’로 기능했으며, 이곳에서 북상한 인구 흐름이 홍산 형성에 결정적으로 기여했다.
• 직접 경로설 (증거 부족): 중류황하의 앙소(仰韶) 문화 관련 인구가 곧장 서요하(西遼河)로 대규모 이동했다는 직접 증거는 아직 부족하다. 기존 연구에서 홍산인이 PCA 분석상 중류황하인과 ANA의 중간에 위치하는 것은 두 집단 간의 접촉을 시사하지만, 이것이 ‘직접적인’ 경로였음을 증명하지는 못한다.

최종 결론

홍산(紅山) 인구의 유전적 형성은 **토착의 고대 동북아시아인(ANA)**과 남쪽에서 유입된 황하계 농경민의 혼합이 기본 축이다. 특히, 황하계 혈통의 유입은 하류황하(산동 대문구)를 매개로 한 ‘단계적 인구 확산’ 모델로 설명하는 것이 현재 데이터상 가장 타당하다. 동시에, 홍산 문화권 내부에서는 핵심부와 경계 지역 간 인구의 실질적인 이동이 확인되었다.

한계 및 향후 과제

홍산 문화 핵심 지역(우하량 등)의 전장 게놈 표본이 여전히 부족하여 사회 내 하위 집단 구조를 해석하는 데는 한계가 있다. 향후 홍산 이전 시기(흥륭와, 조보구)와 주변 문화권(묘자구 등)의 고해상도 게놈 데이터를 추가로 확보한다면, ‘직접 이주설’과 ‘단계 확산설’ 사이의 남은 불확실성을 해소하는 데 크게 기여할 것이다.

참고문헌

Cui, Y., Li, H., Ning, C., Zhang, Y., Chen, L., Zhao, X., Hagelberg, E. & Zhou, H. (2013) Y chromosome analysis of prehistoric human populations in the West Liao River Valley, Northeast China. BMC Evolutionary Biology, 13, 216.

Du, P., Zhu, K., Wang, M. et al. (2024) Genomic dynamics of the Lower Yellow River Valley since the Early Neolithic. Current Biology, 34(17), 3996–4006.e11.

Li, H., Zhao, X., Zhao, Y., Li, C., Si, D., Zhou, H. & Cui, Y. (2011) Genetic characteristics and migration history of a bronze culture population in the West Liao-River valley revealed by ancient DNA. Journal of Human Genetics, 56, 815–822.

Ning, C., Li, T., Wang, K. et al. (2020) Ancient genomes from northern China suggest links between subsistence changes and human migration. Nature Communications, 11, 2700.

Sun, L., Ma, H., Wang, R. et al. (2025) The demic expansion of Yangshao culture inferred from ancient human genomes. BMC Biology, 23, 186.

Wang, R., Zhu, L., Ma, H. et al. (2025) Genetic formation of Neolithic Hongshan people and demic expansion of Hongshan culture inferred from ancient human genomes. Molecular Biology and Evolution, 42(6), msaf139.

原海兵，朱泓，趙欣，王亞娟 (2014) 牛河梁紅山文化人群的生物考古學探索. 《邊疆考古研究(第14輯)》, 309–313.

 

The Hongshan culture, situated at the crossroads of northern and northeast China, represented one of the earliest complex societies in Neolithic East Asia. The remains of Hongshan culture have been found in an area stretching from today’s Inner Mongolia Autonomous Region to Liaoning Province, covering an area of over 200,000 square kilometers. However, the question of how Hongshan culture occupied such a vast geographical location, following either the demic diffusion (i.e. genetic interaction accompanied by cultural expansion) or cultural diffusion model (i.e. local groups adopting new culture without receiving genetic influence), remains unanswered due to a lack of ancient genomes. Here, we report genome-wide data from 19 individuals associated with the Hongshan culture, from the Zhengjiagou site in Hebei Province, the westernmost and southernmost Hongshan culture-related site discovered to date. We co-analyzed our newly generated Hebei Hongshan genomes with previously published 3 Hongshan culture-related genomes from the Banlashan site in Liaoning Province, located in the core region of Hongshan culture and about 473 km away from the Zhengjiagou site. Our genetic results revealed strong genetic links between the Hebei Hongshan and Liaoning Hongshan people, supporting the demic diffusion of the Hongshan culture. Both Liaoning and Hebei Hongshan people harboured Ancient Northeast Asian-related (possibly related to the local earlier Zhaobaogou culture) and Neolithic Yangshao culture- related millet farmer ancestries. Interestingly, our ancestral modelling suggested that Yangshao culture-related ancestry in the Hongshan people was more likely introduced by middle Neolithic Dawenkou culture-related farmers from Shandong, who carried about 40% of an early Neolithic Shandong hunter-gatherer-related lineage and 60% of a Yangshao culture-related lineage. Our findings highlight a complex interconnected gene pool among the West Liao River, the Central Plain, and Shandong during the middle Neolithic period.

홍산문화(紅山文化)는 중국 북부와 동북부의 교차로에 자리하며, 신석기 시대 동아시아에서 가장 이른 시기의 복합 사회 중 하나로 꼽힌다. 홍산문화 유적은 오늘날 내몽고자치구에서 요녕성에 이르는 20만 평방킬로미터 이상의 광대한 지역에서 발견된다. 그러나 홍산문화가 어떻게 이처럼 넓은 지역을 차지하게 되었는지, 즉 ‘인구 확산'(문화 팽창을 동반한 유전적 상호작용) 모델을 따랐는지, 아니면 ‘문화 확산'(토착 집단이 유전적 영향 없이 새로운 문화를 수용) 모델을 따랐는지에 대한 의문은 고대 게놈 자료의 부재로 풀리지 않고 있었다. 본 연구에서는 지금까지 발견된 홍산문화 유적 중 가장 서쪽이자 남쪽에 위치한 하북성 정가구(鄭家溝) 유적에서 발굴된 19명의 게놈 전체 데이터를 보고한다. 우리는 새로 확보한 하북 홍산 게놈을, 정가구 유적에서 약 473km 떨어진 홍산문화 핵심 지역인 요녕성 반라산(半拉山) 유적에서 이전에 발표된 3명의 게놈과 공동으로 분석했다. 분석 결과, 하북과 요녕(遼寧)의 홍산인(紅山人) 사이에 강력한 유전적 연관성이 드러났으며, 이는 홍산문화의 인구 확산 모델을 뒷받침한다. 두 지역의 홍산인은 모두 고대 동북아시아 관련 혈통(지역의 선행 문화인 조보구문화(趙寶溝文化)와 관련될 가능성)과 신석기 앙소문화(仰韶文化)에 기반한 기장 농경민 혈통을 공유했다. 흥미롭게도, 혈통 모델링 분석에 따르면 홍산인에게서 보이는 앙소문화 관련 혈통은 산동에서 유래한 신석기 중기 대문구문화(大汶口文化) 농경민을 통해 유입되었을 가능성이 더 컸다. 이들은 초기 신석기 시대 산동 수렵채집인 혈통을 약 40%, 앙소문화 혈통을 약 60% 보유한 집단이었다. 본 연구의 결과는 신석기 중기 서요하 유역, 중원, 그리고 산동 지역 간에 복잡한 유전자 풀이 서로 연결되어 있었음을 명확히 보여준다.

Keywords: Hongshan culture, demic diffusion, ancestry profile, ancient genome
키워드: 홍산문화(紅山文化), 인구 확산(demic diffusion), 혈통 구성(ancestry profile), 고대 유전체(ancient genome)

서론. Introduction

In the fourth millennium BCE, a complex society known as the Hongshan culture (紅山文化) arose in Western Liao Province (遼西地區) in northeast China (Liu 2018). Carved jade orna- ments in burial artifacts and dragon patterns are the essence of the Hongshan culture, confirming that the Hongshan cul- ture is an important source of Chinese civilization. The initial formation of the middle Neolithic Hongshan culture was thought to be linked to the interactive integration between the local early Neolithic Zhaobaogou culture (趙寶溝文化) (which produced the fine clay pottery with intertwined ele- ments from deer, birds, boar, and other animals) and the northward migration of the Hougang type of the Yangshao culture(仰韶文化後崗類型) from the South of Yanshan Mountain(燕山以南) (Zhang and Tian 2021). Hongshan culture-related sites have been found in an area stretching from today’s Inner Mongolia Autonomous Region to Liaoning Province in northern China (Liu 2018), covering an area of over 200,000 square kilometers. A critical genetic question is how the Hongshan culture formed and occupied such a vast geographical location: did it follow the demic dif- fusion model (i.e. genetic interaction accompanied by the ex- pansion of Hongshan culture people), or the culture diffusion model (i.e. Indigenous groups adopted Hongshan without receiving genetic influence)?

기원전 4천 년, 중국 동북부 요서지구(遼西地區)에서 홍산문화로 알려진 복합 사회가 발흥했다(Liu 2018). 매장 유물에서 발견되는 조각된 옥 장신구와 용 문양은 홍산문화의 정수로서, 이 문화가 중국 문명의 중요한 원천임을 증명한다. 신석기 중기 홍산문화의 초기 형성은 토착의 초기 신석기 문화인 조보구문화(사슴, 새, 멧돼지 등 여러 동물의 문양이 어우러진 정교한 토기를 제작)와, 연산(燕山) 이남에서 북상한 앙소문화 후강유형(後崗類型) 간의 상호 통합 과정을 통해 이루어졌다고 여겨져 왔다(Zhang and Tian 2021). 홍산문화 관련 유적은 오늘날 내몽고자치구에서 중국 북부의 요녕성까지 20만 평방킬로미터가 넘는 넓은 지역에 걸쳐 발견된다(Liu 2018). 여기서 핵심적인 유전학적 질문은 홍산문화가 어떻게 형성되고 이처럼 광대한 지역을 차지하게 되었는가이다. 과연 인구 집단의 확산을 동반한 ‘인구 확산’ 모델이었을까, 아니면 토착 집단이 유전적 영향 없이 문화를 수용한 ‘문화 확산’ 모델이었을까?

Previous studies sampling ancient human DNA have re- vealed multiple distinct human genetic lineages in Neolithic northern China. In the Amur River region, an ancestry named “Ancient Northeast Asian (ANA)” has maintained a long- lasting genetic continuity (Ning et al. 2020; Mao et al. 2021; Wang et al. 2021). The oldest individual identified with ANA-related ancestry is the 14,000-year-old individual AR14K (Mao et al. 2021). In the Central Plain, populations harboured high levels of middle Neolithic Yangshao culture-related ancestry (referred to as “Neolithic Yellow River [NYR]”) since the Neolithic (Li et al. 2024; Fang et al. 2025; Ma et al. 2025). Late Neolithic Longshan culture-related people in the Central Plain maintained ~80 to 100% NYR-related ancestry and exhibited population substructure (Li et al. 2024; Fang et al. 2025). In Shandong, an ancestry named “Shandong hunter-gatherer (Shandong_HG)” was identified in 6 ancient genomes related to early Neolithic Houli culture (represented by Boshan, Xiaogao, Bianbian, and Xiaojingshan; published in Yang et al. 2020). This ances- try was gradually replaced by the eastward migration of people related to NYR, dating back to the Dawenkou cultural period (Du et al. 2024; Wang et al. 2024a, 2024b; Fang et al. 2025; Shen et al. 2025). In the crossroads of northern nomadic cul- ture and Central Plain, the genetic interaction between ANA-related ancestry and farmer groups with NYR-related ancestry was exemplified by the middle Neolithic populations from west Liao River (represented by Liaoning_WLR_ MN_5kya), Qinghai (represented by Qinghai_Upper_YR_ LN_4kya), and Inner Mongolia (represented by Miaozigou_MN) (Ning et al. 2020). Recently, Wang et al. further refined the admixture model for Liaoning_WLR_ MN_5kya as a mixture of NYR, ANA, and Shandong_HG, highlighting the genetic influence of Shandong on the Hongshan culture people (Wang et al. 2024b). To date, the genome-wide ancient DNA data of people associated with the Hongshan culture are limited to three individuals from a single archaeological site in Liaoning Province, northeast China (i.e. Liaoning_WLR_MN_5kya from the Banlashan sites, published in Ning et al. 2020). The formation, diffusion, and interaction of Hongshan culture with other lineages from neighboring societies remain poorly understood.

고대 인류 DNA를 분석한 선행 연구들은 신석기 시대 중국 북부에서 여러 구별되는 유전적 계통이 존재했음을 밝혔다. 아무르강(Amur River) 지역에서는 ‘고대 동북아시아인(Ancient Northeast Asian, ANA)’으로 명명된 혈통이 오랫동안 유전적 연속성을 유지해왔다(Ning et al. 2020; Mao et al. 2021; Wang et al. 2021). ANA 관련 혈통으로 확인된 가장 오래된 개체는 14,000년 전의 AR14K이다(Mao et al. 2021). 중원에서는 신석기 시대부터 인구 집단이 높은 비율의 신석기 중기 앙소문화 관련 혈통(‘신석기 황하인[Neolithic Yellow River, NYR]’으로 지칭)을 보유했다(Li et al. 2024; Fang et al. 2025; Ma et al. 2025). 중원의 신석기 후기 용산문화(龍山文化) 관련 집단은 약 80~100%의 NYR 관련 혈통을 유지하며 인구 내 하위 구조를 보였다(Li et al. 2024; Fang et al. 2025). 산동에서는 초기 신석기 후리문화(後李文化)와 관련된 6개의 고대 게놈에서 ‘산동 수렵채집인(Shandong_HG)’이라는 혈통이 확인되었다(보산(Boshan), 소고(Xiaogao), 변변(Bianbian), 소경산(Xiaojingshan) 유적으로 대표됨; Yang et al. 2020 발표). 이 혈통은 대문구문화 시기부터 시작된 NYR 관련 인구의 동쪽 이주로 점차 대체되었다(Du et al. 2024; Wang et al. 2024a, 2024b; Fang et al. 2025; Shen et al. 2025). 북방 유목 문화와 중원 문화의 교차로에서는 ANA 관련 혈통과 NYR 관련 혈통을 지닌 농경 집단 간의 유전적 상호작용이 뚜렷하게 나타났다. 서요하 유역(Liaoning_WLR_MN_5kya로 대표), 청해(靑海)(Qinghai_Upper_YR_LN_4kya로 대표), 내몽고(內蒙古)(Miaozigou_MN으로 대표)의 신석기 중기 인구 집단이 그 대표적인 예이다(Ning et al. 2020). 최근 Wang 등은 Liaoning_WLR_MN_5kya의 혼합 모델을 NYR, ANA, Shandong_HG의 조합으로 더욱 정교화하여, 홍산문화인(紅山文化人)에 대한 산동 지역의 유전적 영향을 강조했다(Wang et al. 2024b). 현재까지 홍산문화 관련 인구의 게놈 전체 고대 DNA 데이터는 중국 동북부 요녕성의 단일 고고학 유적인 반라산(半拉山) 유적에서 나온 3명(Liaoning_WLR_MN_5kya, Ning et al. 2020 발표)에 불과하다. 따라서 홍산문화의 형성, 확산, 그리고 주변 사회의 다른 계통과의 상호작용은 아직 명확히 규명되지 않았다.

In 2023, the Zhengjiagou site (鄭家溝遺址) was discovered in Zhangjiakou City (張家口市),Hebei Province, China (Fig. 1a). The unearthed typical Hongshan culture jade drag- ons suggested that the Zhengjiagou site belongs to the Hongshan culture. Moreover, the radiocarbon dating of hu- man remains in Zhengjiagou sites dates back to 5,300 to 4,800 years ago, overlapping with the period of the Hongshan culture. The Zhengjiagou site is also the western- most and southernmost Hongshan culture-related site discov- ered to date. The discovery of the Zhengjiagou site put an end to the long-standing debate over whether Hongshan culture reached Zhangjiakou City. About 80% of the jade materials at the Zhengjiagou Site originated from Liaoning, the core region of Hongshan culture. The decorative pattern of pottery unearthed in the Zhengjiagou site is a mixture of local Qilihe and typical Hongshan cultures. These findings supported that the Hongshan culture transmitted westward 473 kilometers (km) to the area of Zhangjiakou City and interacted with the Indigenous culture. To sum up, the Zhengjiagou site has expanded the geographical distribution range of Hongshan culture, and it is important for understanding the spread of Hongshan culture during the Neolithic period.

2023년, 중국 하북성 장가구시(張家口市)에서 정가구유지(鄭家溝遺址)가 발견되었다(그림 1a). 이곳에서 출토된 전형적인 홍산문화 양식의 옥룡(玉龍)은 정가구 유지가 홍산문화에 속함을 시사했다. 또한, 유적 내 인골의 방사성탄소 연대측정 결과는 5,300년에서 4,800년 전으로 나타나 홍산문화의 존속 기간과 일치한다. 정가구 유지는 현재까지 발견된 홍산문화 관련 유적 중 가장 서쪽이자 가장 남쪽에 위치한다. 이 유적의 발견으로 홍산문화의 영향권이 장가구시(張家口市)에까지 미쳤는지에 대한 오랜 논쟁에 종지부를 찍게 되었다. 정가구 유지에서 출토된 옥기 재료의 약 80%는 홍산문화의 핵심 지역인 요녕(遼寧)에서 온 것이었다. 유적에서 나온 토기의 장식 문양은 지역 문화인 칠리하문화(七里河文化)와 전형적인 홍산문화의 특징이 섞여 있다. 이러한 증거들은 홍산문화가 서쪽으로 473km 떨어진 장가구시(張家口市) 일대까지 전파되어 토착 문화와 상호작용했음을 뒷받침한다. 결론적으로 정가구 유지는 홍산문화의 지리적 분포 범위를 확장시켰으며, 신석기 시대 이 문화의 확산 과정을 이해하는 데 매우 중요하다.

Fig. 1. Geographic locations and the genetic profile of newly generated Hebei_Hongshan_5kya ancients from northern China. (a) Geographic distribution of newly sampled and previously published East Asians-symbols as in b.
그림 1. 중국 북부에서 새로 확보된 Hebei_Hongshan_5kya 고대인의 지리적 위치 및 유전적 프로파일. (a) 새로 샘플링된 고대인과 기존에 발표된 동아시아인의 지리적 분포(기호는 (b)와 동일).

Despite its significance, no genomes from Zhengjiagou sites have been sequenced to date. In this study, we reported genome-wide ancient human DNA data for 19 individuals from Zhengjiagou sites (Fig. 1a). We also generated new radiocarbon dates for 2 Zhengjiagou samples (ZJG2, 5285-4978 cal BP and ZJG7, 5279-4871 cal BP), which fall into the Late Hongshan cultural period. Zhengjiagou sites are separated by a distance of ~473 km from previously pub- lished Liaoning_WLR_MN_5kya from Banlashan sites in Liaoning Province. Our study focused on investigating the ex- tent to which Hebei_Hongshan_5kya, represented by the Zhengjiagou people, and Liaoning_Hongshan, represented by Liaoning_WLR_MN_5kya, are genetically related, in or- der to explore the diffusion model of the Hongshan culture. Our results refined the understanding of the genetic origins of individuals associated with the Hongshan culture and sup- ported the demic diffusion of the Hongshan culture, as well as the genetic link between the Hongshan culture and the Dawenkou culture.

이러한 중요성에도 불구하고, 정가구 유적의 인골 게놈은 아직까지 분석된 바 없었다. 본 연구에서는 정가구 유적에서 나온 19명의 고대인 게놈 전체 DNA 데이터를 보고한다(그림 1a). 또한, 우리는 정가구 유적의 샘플 2점(ZJG2, 5285-4978 cal BP; ZJG7, 5279-4871 cal BP)에 대한 새로운 방사성탄소 연대를 측정했으며, 이는 홍산문화 후기에 해당한다. 정가구 유적은 이전에 발표된 요녕성 반라산(半拉山) 유적의 Liaoning_WLR_MN_5kya와 약 473km 떨어져 있다. 우리 연구는 홍산문화의 확산 모델을 탐구하기 위해, 정가구 집단으로 대표되는 Hebei_Hongshan_5kya와 Liaoning_WLR_MN_5kya로 대표되는 요녕(遼寧) 홍산 집단이 유전적으로 어느 정도 연관되어 있는지를 규명하는 데 초점을 맞췄다. 연구 결과, 홍산문화 관련 집단의 유전적 기원에 대한 이해를 심화시켰으며, 홍산문화의 인구 확산 모델과 더불어 대문구문화와의 유전적 연관성을 확인했다.

결과. Results

고대 DNA 데이터 생성. Ancient DNA Data Generation

The human remains sampled in this study were all from Secondary Burial (二次葬). Secondary Burial is a mortuary practice in which the remains of the deceased are subjected to 2 distinct stages of treatment and interment. The human re- mains in the Zhengjiagou site are highly degraded. Given that the petrous bone and tooth tended to contain more en- dogenous human DNA, we prioritized the collection of pet- rous bone and tooth samples. We have listed the skeletal elements for each individual in supplementary table Sla, Supplementary Material online.

본 연구에서 샘플링한 인골은 모두 이차장(二次葬) 유해였다. 이차장은 시신을 두 단계에 걸쳐 처리하고 매장하는 장례 방식이다. 정가구 유적의 인골은 부식 상태가 매우 심했다. 내인성 인간 DNA가 더 많이 잔존하는 경향이 있는 추체골과 치아를 우선적으로 채취했다. 각 개체의 골격 정보는 온라인 보충 자료 표 S1a에 정리했다.

We extracted DNA from skeletal remains in dedicated clean rooms, built double-stranded DNA libraries, enriched DNA fragments overlapping 1.24 million single-nucleotide poly- morphisms (SNPs), and sequenced them. After removing li- braries with high levels of contamination (>5%, estimated using the mtDNA data for all individuals and X chromosomal data for biological males, see more details from Materials and Methods) and a low number of SNPs on the 1240k panel (<20,000), 36 libraries were retained.

우리는 전용 클린룸에서 유해의 DNA를 추출하고, 이중 가닥 DNA 라이브러리를 제작했으며, 124만 개의 단일염기다형성(SNP)과 겹치는 DNA 단편을 농축하여 염기서열을 분석했다. 오염 수준이 높거나(mtDNA와 남성 개체의 X염색체 데이터로 추정 시 >5%) 1240k 패널의 SNP 수가 매우 적은(<20,000) 라이브러리를 제외한 결과, 총 36개의 라이브러리가 남았다.

We then calculated the pairwise mismatch rate of SNPs (PO) on pseudo-haploid data as implemented in the READ software for these 36 libraries to identify genetically identical samples. The sequences of identical samples were merged, leaving 19 unique individuals that passed the examination of ancient DNA authenticity (see more details from Materials and Methods; supplementary table Sla, Supplementary Material online). Kinship testing, estimated by the READ software, identified 6 pairs of related individuals among the 19 unique individuals (supplementary table S1b, Supplementary Material online and supplementary fig. S2, Supplementary Material online). After removing individuals with the fewer SNP count for each pair of genetic relatives, we obtained 15 in- dividuals for population genetic analyses, including 11 males and 4 females (supplementary table Sla, Supplementary Material online). Pseudo-haploid genotypes were called on the targeted SNPs by randomly sampling a single allele at each position, resulting in individuals with 37,077 to 1,199,408 SNPs covered on the 1240k panel (supplementary table Sla, Supplementary Material online). The newly gener- ated genotypes were merged with published ancient and mod- ern genomes from diverse global populations for downstream analyses (supplementary table Sic and S1d, Supplementary Material online).

이후 36개 라이브러리의 유사-반수체(pseudo-haploid) 데이터를 READ 소프트웨어로 분석하여 SNP 쌍별 불일치율(PO)을 계산하고 유전적으로 동일한 개체를 식별했다. 동일 개체로 판명된 샘플들의 염기서열을 통합하여, 고대 DNA 진위성 검사를 통과한 고유 개체 19명을 최종적으로 확보했다(상세 내용은 재료 및 방법, 보충 자료 표 S1a 참조). READ 소프트웨어를 이용한 친족 관계 분석 결과, 19명의 고유 개체 중 6쌍의 친족이 확인되었다(보충 자료 표 S1b, 보충 자료 그림 S2 참조). 각 친족 쌍에서 SNP 수가 더 적은 개체를 제외하여, 최종적으로 남성 11명과 여성 4명으로 구성된 15명의 데이터를 집단 유전학 분석에 사용했다. 각 SNP 위치에서 대립유전자 하나를 무작위로 선택하는 방식으로 유사-반수체 유전자형을 결정했으며, 그 결과 1240k 패널 기준으로 37,077개에서 1,199,408개의 SNP를 포함하는 데이터를 확보했다(보충 자료 표 S1a). 새로 생성된 유전자형은 후속 분석을 위해 기존에 발표된 전 세계의 다양한 고대 및 현대 인구 게놈 데이터와 통합했다(보충 자료 표 S1c, S1d).

부계 유전 분석: 하북 홍산인과 북부 동아시아 집단의 강한 연관성. Patrilineal Inheritance Indicated a Strong Connection Between Hebei Hongshan Individuals and Northern East Asians

Eleven newly generated Hebei Hongshan individuals were un- related to each other on the autosomes and were identified as biological males. We successfully assigned the Y-chromosome haplogroups for 10 males (supplementary table Sla, Supplementary Material online). We observed a strong patri- lineal lineage connection among Hebei Hongshan individuals, as 8 of 10 carried the same haplogroups C2b1a1a/C2b1a1a2. Haplogroup C2b1a1 predominated in northern and northeast China (Wang et al. 2024c). Haplogroup C2b1a1 was also ob- served in ancient individuals from northeast China who har- boured high proportions of ANA-related ancestry on autosomes: one genetic outlier from Bronze Age West Liao River (WLR_BA_o) and 3 Iron Age Xianbei individuals (AR_Xianbei_IA) (Ning et al. 2020). The other two individu- als from Hebei Hongshan carried Haplogroup N1a, which is mainly distributed in northern East Asia (Wang et al. 2024c). Haplogroup N1a or its sub-haplogroups could be re- lated to ANA-related ancestral components (Wang et al. 2024c). N1 (xNla, N1c) was also dominant in previously published individuals from the Hongshan culture-related group in Niuheliang, Liaoning Province (Cui et al. 2013). Only 2 Niuheliang individuals carried other haplogroups, C and O3a, respectively (Cui et al. 2013). Our results based on Y-chromosome haplogroups supported a strong paternal con- nection between the Hebei_Hongshan_5kya and northern East Asian-related lineages.

새로 분석된 하북 홍산인 중 11명은 상염색체상 서로 친족 관계가 아니었으며 생물학적으로 남성으로 확인되었다. 이들 중 10명의 Y-염색체 하플로그룹을 성공적으로 규명했다(보충 자료 표 S1a). 분석 결과, 하북 홍산 집단 내에서 강한 부계 혈통 연관성이 관찰되었는데, 10명 중 8명이 동일한 하플로그룹 C2b1a1a/C2b1a1a2를 공유했다. 하플로그룹 C2b1a1은 중국 북부와 동북부에서 주로 나타나는 유형이다(Wang et al. 2024c). 이 하플로그룹은 상염색체상 ANA 관련 혈통 비율이 높은 동북 중국의 고대인들에게서도 발견된 바 있다. 구체적으로는 청동기 시대 서요하 유역의 유전적 특이 개체 1명(WLR_BA_o)과 철기 시대 선비(鮮卑)인 3명(AR_Xianbei_IA)이 여기에 해당한다(Ning et al. 2020). 나머지 2명의 하북 홍산인은 하플로그룹 N1a를 가졌는데, 이는 주로 북부 동아시아에 분포하는 유형이다(Wang et al. 2024c). 하플로그룹 N1a와 그 하위 그룹들은 ANA 관련 조상 요소와 연관될 수 있다(Wang et al. 2024c). N1(xN1a, N1c)은 이전에 발표된 요녕성 우하량(牛河梁) 유적의 홍산문화 관련 집단에서도 우세하게 나타났다(Cui et al. 2013). 우하량(牛河梁) 집단에서는 단 2명만이 각각 다른 하플로그룹 C와 O3a를 가졌다(Cui et al. 2013). 우리의 Y-염색체 하플로그룹 분석 결과는 Hebei_Hongshan_5kya 집단과 북부 동아시아 관련 계통 간에 강력한 부계 관계가 있었음을 시사한다.

하북 홍산인의 다양한 모계(mtDNA) 하플로그룹. Diverse mtDNA Haplogroups of Hebei Hongshan Individuals

Thirteen out of 15 newly generated Zhengjiagou individuals were successfully assigned to diverse mitochondrial hap- logroups, including A, G, D4, D5, B5, N9a, and R11 (supplementary table Sla, Supplementary Material online). Haplogroups A, G, D4, and D5 were mainly distributed in nor- thern East Asia and observed in Yangshao culture-related indi- viduals from Qingtai sites in the Central Plain (Miao et al. 2021) and Dawenkou culture-related individuals from Shandong (Liu et al. 2021). Haplogroup D5a3a1 was observed in one of three previously published Hongshan culture-related Banlashan individuals from Liaoning Province (the mtDNA haplogroups for the other 2 individuals were unknown) (Ning et al. 2020) and was carried by 2 newly generated Hebei_Hongshan_5kya individuals. Haplogroup B5b2 was mainly found in present-day Han, Hezhen, Minnan, and Makatao (Liu et al. 2021). Haplogroup B5b2 was observed in ancient Shandong, represented by the early Neolithic Bianbian sample, and had a high frequency among individuals from the Dawenkou culture-related population in coastal Shandong (Liu et al. 2021). Haplogroup B5b2 was carried by 3 newly gen- erated Hebei_Hongshan_5kya individuals. Haplogroup N9a was an eastern Eurasian lineage dominant in southern East Asia (Wen et al. 2005). Haplogroup N9a was also found in one early Neolithic individual (Xiaogao) associated with Houli culture in Shandong (Liu et al. 2021). Haplogroup R11 had been detected in China (Kong et al. 2003) and was observed in one individual from northeast China (represented by KHI001 in ARpost9K) (Mao et al. 2021). These results indicated that Hebei_Hongshan_5kya contained both northern and southern East Asians-related haplogroups.

새롭게 분석된 정가구인 15명 중 13명은 미토콘드리아 DNA 분석을 통해 A, G, D4, D5, B5, N9a, R11 등 다양한 하플로그룹으로 분류되었다(보충 자료 표 S1a). 이 중 A, G, D4, D5는 주로 북부 동아시아에 분포하며, 중원의 청태(靑台) 유지에서 발굴된 앙소문화 관련 인골(Miao et al. 2021)과 산동의 대문구문화 관련 인골(Liu et al. 2021)에서도 확인된 바 있다. 하플로그룹 D5a3a1은 이전에 발표된 요녕성 반라산(半拉山) 유적의 홍산문화 관련 인골 3명 중 1명에게서 발견되었으며(나머지 2명의 mtDNA 정보는 미확인), 이번에 분석된 Hebei_Hongshan_5kya 집단의 2명이 보유하고 있었다(Ning et al. 2020). 하플로그룹 B5b2는 현대의 한족(漢族), 허저족(赫哲族), 민난인(閩南人), 마카타오족(馬卡道族) 등에서 주로 나타난다(Liu et al. 2021). 이 하플로그룹은 초기 신석기 시대 변변(Bianbian) 유적 샘플로 대표되는 고대 산동 지역에서 관찰되었으며, 특히 산동 해안 지역의 대문구문화 관련 인구에서 높은 빈도를 보였다(Liu et al. 2021). 이번에 분석된 Hebei_Hongshan_5kya 집단에서는 총 3명이 이 하플로그룹을 가지고 있었다. 하플로그룹 N9a는 동부 유라시아 계통으로 남부 동아시아에서 우세하게 나타난다(Wen et al. 2005). 이 유형은 산동의 후리문화(後李文化)와 관련된 초기 신석기 시대 인골 1명(소고(Xiaogao) 유적)에게서도 발견되었다(Liu et al. 2021). 하플로그룹 R11은 중국에서 보고된 바 있으며(Kong et al. 2003), 동북 중국 지역의 고대인 1명(ARpost9K의 KHI001)에게서 관찰되었다(Mao et al. 2021). 이러한 결과는 Hebei_Hongshan_5kya 집단이 북방계와 남방계 동아시아인과 관련된 모계 혈통을 모두 포함하고 있음을 보여준다.

하북 홍산과 요녕(遼寧) 홍산 집단 간의 유전적 유사성. Genetic Affinity Between the Hebei Hongshan and Liaoning Hongshan Populations

To characterize the genetic relationship between our newly generated Hebei_Hongshan_5kya individuals and other East Asians qualitatively, we performed principal component ana- lysis (PCA) based on the Human Origin (HO) dataset. We pro- jected ancient samples onto the first 2 principal components computed using present-day East Asian populations (Fig. 1b). We observed that Hebei_Hongshan_5kya individu- als formed a genetic cline projected between the Neolithic mid- dle Yellow River-related cluster (represented by Henan_YR_ MN_5kya) and an Ancient Northeast Asian-related cline (represented by Mongolia_N_East_5kya). Previously published 3 Liaoning Hongshan individuals (Liaoning_WLR_MN_ 5kya) were projected within the genetic variation of Hebei_ Hongshan_5kya. We next applied outgroup-f3 statistics in the form of f3(Yoruba; Hebei_Hongshan_5kya/Liaoning_ WLR_MN_5kya, X) (Patterson et al. 2012) to measure the shared genetic drift between Hebei_Hongshan_5kya/ Liaoning_WLR_MN_5kya and each ancient Eurasian popula- tion (X) since their divergence from an African outgroup Yoruba. Consistent with PCA clustering, Hebei_Hongshan_ Skya and Liaoning_WLR_MN_5kya presented the highest genetic similarity with each other (Fig. 1c and supplementary table S2a, Supplementary Material online). The above results supported the strong genetic affinity between Hebei Hongshan and Liaoning Hongshan people.

우리는 새로 분석한 Hebei_Hongshan_5kya 집단과 다른 동아시아 집단 간의 유전적 관계를 정성적으로 파악하기 위해, 인간 기원(Human Origin, HO) 데이터셋을 바탕으로 주성분 분석(PCA)을 수행했다. 현대 동아시아 인구 데이터를 이용해 계산한 두 개의 주요 주성분 공간에 고대인 샘플들을 투영했다(그림 1b).

Fig. 1. Geographic locations and the genetic profile of newly generated Hebei_Hongshan_5kya ancients from northern China.
(b) Principal component analysis (PCA). We used present-day East Asians to calculate PCs. The ancient individuals are projected onto the top 2 PCs. We found that our newly generated Hebei_Hongshan_5kya individuals formed a genetic cline and showed a close relationship with previously published Hongshan culture-related genomes from the core region of the Hongshan culture, represented by Liaoning_WLR_MN_5kya from the Banlashan site.

그림 1. 중국 북부에서 새로 확보된 Hebei_Hongshan_5kya 고대인의 지리적 위치 및 유전적 프로파일.
(b) 주성분 분석(PCA). 현대 동아시아인 데이터를 사용하여 주성분(PC)을 계산했으며, 고대인 개체들을 상위 2개의 주성분 공간에 투영했다. 새로 분석한 Hebei_Hongshan_5kya 개체들은 유전적 경사를 형성하며, 반라산(半拉山) 유적의 Liaoning_WLR_MN_5kya로 대표되는 홍산문화(紅山文化) 핵심 지역의 기존 게놈 데이터와 매우 가까운 관계를 보였다.

그 결과, Hebei_Hongshan_5kya 개체들은 신석기 중기 황하(黃河) 유역 관련 클러스터(Henan_YR_MN_5kya로 대표)와 고대 동북아시아 관련 클라인(Mongolia_N_East_5kya로 대표) 사이에 위치하는 유전적 경사(cline)를 형성했다. 이전에 발표된 3명의 요녕(遼寧) 홍산인(Liaoning_WLR_MN_5kya)은 Hebei_Hongshan_5kya 집단의 유전적 변이 범위 내에 정확히 위치했다. 다음으로, 아프리카의 외부 그룹인 요루바(Yoruba) 집단과 분기된 이후, Hebei_Hongshan_5kya 및 Liaoning_WLR_MN_5kya 집단이 다른 고대 유라시아 집단(X)과 공유하는 유전적 부동(genetic drift)을 측정하기 위해 f3(Yoruba; Hebei_Hongshan_5kya/Liaoning_WLR_MN_5kya, X) 형태의 외부 그룹-f3 통계 분석을 적용했다(Patterson et al. 2012). PCA 클러스터링 결과와 일관되게, Hebei_Hongshan_5kya와 Liaoning_WLR_MN_5kya는 서로 가장 높은 유전적 유사성을 보였다(그림 1c, 보충 자료 표 S2a). 이상의 결과들은 하북 홍산인과 요녕(遼寧) 홍산인 간에 강력한 유전적 친연성이 존재함을 뒷받침한다.

Fig. 1. Geographic locations and the genetic profile of newly generated Hebei_Hongshan_5kya ancients from northern China.
(c) The top 30 outgroup fs-statistics in the form of f3(Yoruba; Hebei_Hongshan_5kya, X) and f3(Yoruba; Liaoning_WLR_MN_5kya, X) based on the 1240 K dataset. The error bars represented the ±1 standard error calculated by 5 cM block jackknifing. Raw data and standard error estimates are provided in supplementary table S2a, Supplementary Material online.

그림 1. 중국 북부에서 새로 확보된 Hebei_Hongshan_5kya 고대인의 지리적 위치 및 유전적 프로파일.
(c) 1240K 데이터셋을 기반으로 계산한 f3(Yoruba; Hebei_Hongshan_5kya, X) 및 f3(Yoruba; Liaoning_WLR_MN_5kya, X) 형태의 상위 30개 외부 그룹 f3-통계. 오차 막대는 5cM 블록 잭나이핑 방식으로 계산된 ±1 표준 오차를 의미한다. 원시 데이터 및 표준 오차 추정치는 온라인 보충 자료 표 S2a에 제공된다.

 

Hebei_Hongshan_5kya 집단 내의 유전적 하위 구조. Genetic Substructure Within Hebei_Hongshan_5kya Individuals

In PCA, Hebei_Hongshan_5kya individuals showed popula- tion substructure as they formed a genetic cline between ANA and NYR-related clusters. Similar trends from the PCA could also be inferred from the unsupervised ADMIXTURE (Purcell et al. 2007), a method that assumes the allele frequency in each individual is simply the sum of the allele frequencies of the inferred K ancestry components weighted by their ancestry proportions. At K=4, Hebei_Hongshan_5kya individuals could be modelled with different amounts of Sino-Tibetan speakers-related (pink) and ANA-related (orange) ancestral components (supplementary fig. S3, Supplementary Material online). The formation of Sino-Tibetan speakers-related genet- ic profile was related to the expansion of NYR-related ancestry (Wang et al. 2021). We also performed the 2-dimensional f4 statistics (Patterson et al. 2012), i.e. f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_5kya individual; Liaoning_WLR_MN_5kya, Mongolia_N_East_7kya) versus f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_ 5kya individual; Liaoning WLR_MN_5kya, Henan_YR_ MN_5kya) (Fig. 2a and supplementary table S2b, Supplementary Material online), which measured the relative affinities of Hebei_Hongshan_5kya individuals with ANA (represented by Mongolia_N_East_7kya) and NYR (represented by Henan_YR_MN_5kya) related ancestry. We observed that Hebei_Hongshan_5kya individuals could be separated based on their affinity to ANA and NYR. We also used the qp Wave (Patterson et al. 2012), which combined multiple f-statistic-based signals into a test for the number of distinct components of ancestry (relative to a specified outgroup set) present among our newly reported 15 Hebei_Hongshan_5kya individuals. To test the robustness of qp Wave results, we also rotated each Hebei_Hongshan_5kya individual as the first population in the tested population list (supplementary table S2c, Supplementary Material online). We observed that the P-values for 11 of 15 rank = 0 qp Wave models were less than 0.01. It sug- gested the genetic heterogeneity within Hebei_Hongshan_5kya individuals. The P-values for rank = 1 qp Wave modellings were larger than 0.05, suggesting that at least 2 independent gene flows from the outgroup set distinguished 15 Hebei Hongshan individuals.

PCA 분석에서 Hebei_Hongshan_5kya 개체들은 ANA와 NYR 관련 클러스터 사이에 유전적 경사를 형성하며 집단 내 하위 구조를 보였다. 이러한 경향은 비지도 ADMIXTURE 분석(Purcell et al. 2007)에서도 유사하게 추론되었다. 이 방법은 각 개체의 대립유전자 빈도가 추정된 K개의 조상 구성 요소별 빈도에 각자의 조상 비율을 가중하여 합산한 값이라고 가정한다. K=4 조건에서, Hebei_Hongshan_5kya 개체들은 각기 다른 비율의 중국-티베트어족 관련(분홍색) 및 ANA 관련(주황색) 조상 요소로 모델링될 수 있었다(보충 자료 그림 S3). 중국-티베트어족 관련 유전적 프로파일의 형성은 NYR 관련 혈통의 확산과 연관이 있다(Wang et al. 2021). 우리는 또한 2차원 f4 통계 분석(Patterson et al. 2012)을 수행했다. 즉, f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_5kya 개체; Liaoning_WLR_MN_5kya, Mongolia_N_East_7kya) 대 f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_5kya 개체; Liaoning_WLR_MN_5kya, Henan_YR_MN_5kya)를 비교하여, Hebei_Hongshan_5kya 개체들이 ANA(Mongolia_N_East_7kya로 대표) 및 NYR(Henan_YR_MN_5kya로 대표) 관련 혈통과 갖는 상대적 친연성을 측정했다(그림 2a, 보충 자료 표 S2b).

Fig. 2. The population substructure in Hebei_Hongshan_5kya.
(a) Two-dimensional f4-statistics of Hebei_Hongshan_5kya individuals. F4 values from the statistics f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_5kya individual; Liaoning_WLR_MN_5kya, Mongolia_N_East_7kya) versus f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_5kya individual; Liaoning_WLR_MN_5kya, Henan_YR_MN_5kya).

그림 2. Hebei_Hongshan_5kya 집단의 인구 하위 구조.
(a) Hebei_Hongshan_5kya 개체들의 2차원 f4-통계. 통계치 f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_5kya 개체; Liaoning_WLR_MN_5kya, Mongolia_N_East_7kya)와 f4(Yoruba, Hebei_Hongshan_5kya 개체; Liaoning_WLR_MN_5kya, Henan_YR_MN_5kya)의 f4 값을 비교한 그래프.

그 결과, Hebei_Hongshan_5kya 개체들은 ANA와 NYR에 대한 친연성의 차이에 따라 구분될 수 있었다. 또한, 새로 보고된 15명의 Hebei_Hongshan_5kya 개체들 사이에 존재하는 (특정 외부 그룹에 대한) 뚜렷한 조상 요소의 수를 검증하기 위해, 여러 f-통계 기반 신호를 통합하는 qpWave 분석(Patterson et al. 2012)을 사용했다. qpWave 결과의 신뢰도를 검증하기 위해, 우리는 각 Hebei_Hongshan_5kya 개체를 순서대로 테스트 인구 목록의 첫 번째로 지정하여 분석을 반복했다(보충 자료 표 S2c). 분석 결과, 15개의 rank=0 qpWave 모델 중 11개 모델의 P-값이 0.01 미만으로 나타났다. 이는 Hebei_Hongshan_5kya 집단 내에 유전적 이질성이 존재함을 시사한다. rank=1 qpWave 모델의 P-값은 0.05 이상이었는데, 이는 외부 그룹으로부터 최소 2개 이상의 독립적인 유전자 흐름이 15명의 하북 홍산인들을 구분 짓는다는 것을 의미한다.

Hebei_Hongshan_5kya와 Liaoning_WLR_MN_5kya의 혈통 프로파일 모델링. Modelling the Ancestry Profile of Hebei_Hongshan_ 5kya and Liaoning_WLR_MN_5kya

In the outgroup f3 statistics, we observed that Hebei_Hongshan_5kya shared high genetic drift with contem- poraneous Shandong Dawenkou culture-related lineage (represented by Shandong Fujia_LDWK_5kya and Shandong Wucun_LDWK_5kya) and ANA-related lineage (represented by Inner_Mongolia_AR_Xianbei_IA_2kya and Mongolia_N_East_7kya) (Fig. 1c and supplementary table S2a, Supplementary Material online). ANA-related lineage covered Mongolia Plateau, Amur River basin, and the Russian far east in Neolithic Age and also contributed ~20% ancestry to Neolithic people in the frontiers of northern China (represented by Inner_Mongolia_Miaozigou_MN_5.5kya, Shaanxi_Shimao_LN_4kya, and Qinghai_Upper_YR_LN_4kya) (Ning et al. 2020; Mao et al. 2021; Wang et al. 2021). To ex- plore the genetic differentiation between Hebei_Hongshan_ 5kya and ANA, we performed the f4 statistics in the form of f4(Yoruba, X; Hebei_Hongshan_5kya, Mongolia_N_East_ 7kya) (supplementary fig. S4, Supplementary Material online and supplementary table S2d, Supplementary Material on- line). We observed that compared with Mongolia_N_East_ 7kya, Hebei_Hongshan_5kya shared additional genetic affinity with populations carried large proportions of Henan_YR_MN_5kya-related ancestry, i.e., f4(Yoruba, Henan_YR_MN_5kya; Hebei_Hongshan_5kya, Mongolia_ N_East_7kya) < 0 (Z-score= -3.301). It suggested that ANA and YR could be 2 ancestral sources for Hebei_ Hongshan_5kya. We then used qpAdm analysis (Patterson et al. 2012) as our main tool for identifying plausible admix- ture models for Hebei_Hongshan_5kya. The qpAdm model- ling suggested that the proposed 2-source admixture model for Hebei_Hongshan_5kya failed (P-value < 0.01). We found that Shandong_EN in the qpAdm outgroup list showed extra genetic affinity to the Hebei_Hongshan_5k when compared to the proposed 2-source admixture models (i.e. f4[Target, Fit; Mbuti, Shandong_EN] < 0, Z-score = -3.5). This signal was fur- ther confirmed with a plausible 3-source admixture modeling (i.e. using Mongolia_N_East_7kya, Henan_YR_MN_5kya, and Shandong_Boshan_8kya as sources) for Hebei_Hongshan_ 5kya: Hebei_Hongshan_5kya could be modelled as the mixture of 46.3% Mongolia_N_East_7kya, 34.2% Henan_YR_MN_ 5kya, and 19.5% Shandong_Boshan_8kya.

외부 그룹 f3 통계 분석에서, Hebei_Hongshan_5kya는 동시대의 산동 대문구문화 관련 계통(Shandong_Fujia_LDWK_5kya와 Shandong_Wucun_LDWK_5kya로 대표) 및 ANA 관련 계통(Inner_Mongolia_AR_Xianbei_IA_2kya와 Mongolia_N_East_7kya로 대표)과 높은 유전적 부동을 공유하는 것으로 나타났다(그림 1c, 보충 자료 표 S2a). ANA 관련 계통은 신석기 시대 몽골 고원, 아무르강 유역, 러시아 극동 지역에 넓게 분포했으며, 중국 북부 변경 지역의 신석기인(Inner_Mongolia_Miaozigou_MN_5.5kya, Shaanxi_Shimao_LN_4kya, Qinghai_Upper_YR_LN_4kya로 대표)에게도 약 20%의 혈통을 기여했다(Ning et al. 2020; Mao et al. 2021; Wang et al. 2021). Hebei_Hongshan_5kya와 ANA 간의 유전적 분화를 탐색하기 위해, f4(Yoruba, X; Hebei_Hongshan_5kya, Mongolia_N_East_7kya) 형태의 f4 통계 분석을 수행했다(보충 자료 그림 S4, 보충 자료 표 S2d). 그 결과, Hebei_Hongshan_5kya는 Mongolia_N_East_7kya에 비해 Henan_YR_MN_5kya 관련 혈통을 다량 보유한 집단과 추가적인 유전적 친연성을 공유하는 것으로 나타났다. 즉, f4(Yoruba, Henan_YR_MN_5kya; Hebei_Hongshan_5kya, Mongolia_N_East_7kya) < 0 (Z-점수 = -3.301)이었다. 이는 ANA와 YR이 Hebei_Hongshan_5kya의 두 가지 주요 조상 출처일 수 있음을 시사한다. 이를 바탕으로, 우리는 Hebei_Hongshan_5kya에 대한 가장 적합한 혼합 모델을 찾기 위해 qpAdm 분석(Patterson et al. 2012)을 핵심 도구로 사용했다. 분석 결과, 2-출처 혼합 모델은 통계적으로 기각되었다(P-값 < 0.01). qpAdm 외부 그룹 목록에 포함된 Shandong_EN(초기 신석기 산동인)이 2-출처 모델의 예측치보다 Hebei_Hongshan_5kya와 더 높은 유전적 친연성을 보이는 것으로 확인되었다(f4[Target, Fit; Mbuti, Shandong_EN] < 0, Z-점수 = -3.5). 이 신호는 3-출처 혼합 모델(Mongolia_N_East_7kya, Henan_YR_MN_5kya, Shandong_Boshan_8kya를 출처로 사용)을 통해 더욱 명확히 확인되었다. 이 모델에서 Hebei_Hongshan_5kya는 Mongolia_N_East_7kya 46.3%, Henan_YR_MN_5kya 34.2%, Shandong_Boshan_8kya 19.5%의 혼합으로 설명되었다.

We observed that the proposed 2-way modelling ANA + YR fitted well for most Hebei_Hongshan_5kya individuals: 13 of 15 individuals could be modelled as the mixture of ~36.5% to 61.8% Mongolia_N_East_7kya and ~38.2% to 63.5% Henan_YR_MN_Skya. (supplementary table S2e, Supplementary Material online and Fig. 2b). The slightly sig- nificant negative values in f4(Base, fitted; Mbuti, Shandong EN) (Z-score = -2.9 and -1.95) for the rest of the 2 Hebei Hongshan individuals (ZJG2 and ZJG7) in the 2-way Mongolia_N_East_7kya + Henan_YR_MN_5kya modelling suggested that these individuals might need Shandong_EN as the third ancestral source. As expected, ZJG2 and ZJG7 could be modelled as the mixture of ~41.5% to 45.5% Mongolia_ N_East_7kya, ~27% to 38.1% Henan_YR_MN_5kya, and ~20.4% to 27.5% Shandong_Boshan_8kya (supplementary table S2e, Supplementary Material online and Fig. 2b). We ob- served that the fitness of 3-way modelling Mongolia_N_ East_7kya + Henan_YR_MN_5kya + Shandong_Boshan_8kya for 8 of 15 Hebei_Hongshan_5kya individuals was better than 2-way Mongolia_N_East_7kya + Henan_YR_MN_5kya and Mongolia_N_East_7kya + Shandong_Boshan_8kya (supplem entary table S2e, Supplementary Material online and Fig. 2b). We note that since qp Adm is based on allele frequency differences, the modelling of individual targets has a lower resolution when the SNP coverage is low.

제안된 2-출처 모델(ANA + YR)은 대부분의 Hebei_Hongshan_5kya 개체들에게 잘 부합했다. 15명 중 13명은 약 36.5%~61.8%의 Mongolia_N_East_7kya와 약 38.2%~63.5%의 Henan_YR_MN_5kya의 혼합으로 모델링될 수 있었다. 하지만 나머지 2명(ZJG2, ZJG7)의 경우, f4(Base, fitted; Mbuti, Shandong_EN) 값이 통계적으로 약간 유의미한 음수(Z-점수 = -2.9, -1.95)를 보여, 이들에게는 Shandong_EN이 세 번째 조상 출처로 필요할 수 있음을 시사했다. 예상대로, ZJG2와 ZJG7은 Mongolia_N_East_7kya 약 41.5%~45.5%, Henan_YR_MN_5kya 약 27%~38.1%, Shandong_Boshan_8kya 약 20.4%~27.5%의 혼합으로 성공적으로 모델링되었다(보충 자료 표 S2e, 그림 2b). 15명의 Hebei_Hongshan_5kya 개체 중 8명에 대해서는 3-출처 모델(Mongolia_N_East_7kya + Henan_YR_MN_5kya + Shandong_Boshan_8kya)이 2-출처 모델들보다 더 나은 설명력을 보였다(보충 자료 표 S2e, 그림 2b). qpAdm은 대립유전자 빈도 차이를 기반으로 하므로, SNP 커버리지가 낮은 개별 샘플 모델링의 해상도는 낮다는 점에 유의해야 한다.

The estimated ancestry proportion of Shandong Boshan_8kya and Henan_YR_MN_5kya in Hebei_Hongshan_ Skya was similar to that in Shandong Dawenkou people repre- sented by Shandong_Fujia_LDWK_5kya and Shandong_ Wucun_LDWK_5kya. It could explain why Hebei_Hongshan_ 5kya shared high genetic drift with Shandong_Fujia_ LDWK_5kya and Shandong_Wucun_LDWK_5kya, as illumi- nated by outgroup-f3 statistics. We found that Hebei Hongshan could also be modelled as the mixture of 42.7% to 46.7% Shandong_Fujia_LDWK_5kya/Shandong_Wucun_ LDWK_5kya and 53.3% to 57.3% Mongolia_N_East_7kya. All Hebei_Hongshan_5kya individuals could also be modelled as the mixture of the Shandong_Fujia_LDWK_ 5kya/Shandong_Wucun_LDWK_5kya and Mongolia_N_ East_7kya (supplementary table S2e, Supplementary Material online and Fig. 2b).

Hebei_Hongshan_5kya에서 추정된 Shandong_Boshan_8kya와 Henan_YR_MN_5kya의 혈통 비율은 Shandong_Fujia_LDWK_5kya와 Shandong_Wucun_LDWK_5kya로 대표되는 산동 대문구(大汶口) 집단의 비율과 유사했다. 이는 외부 그룹-f3 통계에서 나타났듯이 Hebei_Hongshan_5kya가 왜 이들 산동 집단과 높은 유전적 부동을 공유하는지 설명해준다. 실제로, 하북 홍산 집단은 Shandong_Fujia_LDWK_5kya/Shandong_Wucun_LDWK_5kya 42.7%~46.7%와 Mongolia_N_East_7kya 53.3%~57.3%의 혼합으로도 모델링이 가능했다. 모든 Hebei_Hongshan_5kya 개체들은 이 모델로도 설명될 수 있었다(보충 자료 표 S2e, 그림 2b).

We also used the same outgroup set and ancestral sources for Hebei_Hongshan_5kya to model the genetic profile of Liaoning_WLR_MN_5kya via qpAdm (supplementary table S2f, Supplementary Material online and Fig. 2c). Liaoning_ WLR_MN_5kya could be modelled as the mixture of 31.3% Mongolia_N_East_7kya, 28.5% Henan_YR_MN_5kya, and 40.5% Shandong_Boshan_8kya. Liaoning_WLR_MN_5kya could also be modelled as the mixture of 71.6% Shandong_ Wucun_LDWK_5kya and 28.4% Mongolia_N_East_7kya.

우리는 동일한 외부 그룹 및 조상 출처를 사용하여 Liaoning_WLR_MN_5kya의 유전적 프로파일도 qpAdm으로 모델링했다(보충 자료 표 S2f, 그림 2c). Liaoning_WLR_MN_5kya는 Mongolia_N_East_7kya 31.3%, Henan_YR_MN_5kya 28.5%, Shandong_Boshan_8kya 40.5%의 혼합으로 모델링되었다. 또는 Shandong_Wucun_LDWK_5kya 71.6%와 Mongolia_N_East_7kya 28.4%의 혼합으로도 설명될 수 있었다.

Fig. 2. The population substructure in Hebei_Hongshan_5kya.
(b) The well-fitted qpAdm for each Hebei_Hongshan_5kya individual based on the 1240K dataset. Horizontal bars represented ±1 standard error. Raw ancestry proportions and standard error estimates are provided in supplementary table S2e, Supplementary Material online.
(c) The well-fitted qpAdm for Hebei_Hongshan_5kya, Liaoning_WLR_MN_5kya, Shandong_Fujia_LDWK_5kya, and Shandong_Wucun_LDWK_5kya based on the 1240K dataset. Horizontal bars represented ±1 standard error. Raw ancestry proportions and standard error estimates are provided in supplementary table S2f, Supplemeritary Material online.

그림 2. Hebei_Hongshan_5kya 집단의 인구 하위 구조.
(b) 1240K 데이터셋을 기반으로 각 Hebei_Hongshan_5kya 개체에 대해 성공적으로 모델링된 qpAdm 결과. 수평 막대는 ±1 표준 오차를 나타낸다. 원시 혈통 비율 및 표준 오차 추정치는 온라인 보충 자료 표 S2e에 제공된다.
(c) 1240K 데이터셋을 기반으로 Hebei_Hongshan_5kya, Liaoning_WLR_MN_5kya, Shandong_Fujia_LDWK_5kya, Shandong_Wucun_LDWK_5kya 집단에 대해 성공적으로 모델링된 qpAdm 결과. 수평 막대는 ±1 표준 오차를 나타낸다. 원시 혈통 비율 및 표준 오차 추정치는 온라인 보충 자료 표 S2f에 제공된다.

표현형 예측. Phenotypic Prediction

We predicted the eye, skin, and hair color using 41 SNPs via the HIrisPlex-S system. Two individuals with a low missing rate on these 41 SNPs were predicted as having brown eyes, black hair, and dark to black skin (supplementary table S3a, Supplementary Material online). We also examined the presence/absence of the relevant variants under positive selection in present-day East Asians (Yoshiura et al. 2006; Luo et al. 2023) (supplementary table S3b, Supplementary Material online). ZJG2 and ZJG7 carried the East Asian- specific rs3827760-G (chr2_pos109513601_refA_altG), which was associated with straighter and thicker hair, as well as increased odds of having shovel-shaped incisors. ZJG2 and ZJG7 carried the East Asian-specific rs17822931-T (chr16_pos48258198_refC_altT) variant, which is associated with dry earwax and the absence of body odour. ZJG2 and ZJG7 did not carry the alleles of variants rs1229984-T (chr4_pos100239319_refT_altC) and rs671-G (chr12_pos112241766_refG_altA), which were linked to the decreased risk of developing alcoholism and a relatively high frequency in East Asians.

우리는 HIrisPlex-S 시스템을 이용해 41개의 SNP를 바탕으로 눈, 피부, 머리카락 색을 예측했다. 이 41개 SNP에서 결측률이 낮은 2명의 개체는 갈색 눈, 검은 머리카락, 그리고 어두운 색에서 검은색 사이의 피부를 가졌을 것으로 예측되었다(보충 자료 표 S3a). 또한 현대 동아시아인에게서 양성 선택을 받은 것으로 알려진 특정 유전자 변이의 유무를 조사했다(Yoshiura et al. 2006; Luo et al. 2023)(보충 자료 표 S3b). 개체 ZJG2와 ZJG7은 동아시아 특이적 변이인 rs3827760-G를 보유하고 있었는데, 이는 더 곧고 굵은 머리카락 및 삽 모양 앞니(shovel-shaped incisors)와 관련이 있다. 또한 이 두 개체는 건성 귀지 및 체취 없음과 관련된 동아시아 특이적 변이 rs17822931-T도 가지고 있었다. 반면, 알코올 중독 발병 위험을 낮추는 것과 관련이 있고 동아시아인에게서 비교적 높은 빈도로 나타나는 rs1229984-T와 rs671-G 변이의 대립유전자는 보유하지 않은 것으로 나타났다.

고찰. Discussion

The Hongshan culture, situated at the crossroads of northern and northeast China, represented one of the earliest complex societies in Neolithic East Asia. The remains of Hongshan cul- ture have been found in an area stretching from today’s Inner Mongolia Autonomous Region to Liaoning Province, cover- ing an area of over 200,000 square kilometers. In this study, we generated 15 unrelated genomes omes from the Hebei Hongshan culture. To the best of our knowledge, this is the first ancient genomic data from the region. It enabled us to an- swer several long-standing questions regarding the genetic ori- gins of the Hongshan culture and the diffusion model of the Hongshan culture.

홍산문화는 중국 북부와 동북부의 교차로에 위치하며, 신석기 시대 동아시아 최초의 복합 사회 중 하나를 대표한다. 이 문화의 유적은 오늘날 내몽고자치구에서 요녕성에 이르는 20만 평방킬로미터가 넘는 광대한 지역에서 발견된다. 본 연구에서 우리는 하북 홍산문화에 속하는, 서로 친족 관계가 아닌 15명의 게놈을 생성했다. 우리가 아는 한, 이는 이 지역에서 확보된 최초의 고대 게놈 데이터이다. 이 데이터를 통해 우리는 홍산문화의 유전적 기원과 확산 모델에 관한 몇 가지 오랜 의문에 답할 수 있었다.

홍산문화의 인구 확산. The Demic Diffusion of Hongshan Culture

Our study provides direct genetic evidence for the demic diffu- sion of the Hongshan culture. We found that, although separated by approximately 473 km, the Hebei Hongshan population, represented by the Zhengjiagou genomes, and the Hongshan population from the core region of Hongshan culture, repre- sented by Liaoning_WLR_MN_5kya from Banlashan sites, shared the highest genetic drift with each other. Moreover, despite the closer geographic distance between Hebei_ Hongshan_5kya and contemporaneous Miaozigou culture- related Inner_Mongolia_Miaozigou_MN_5.5kya (about 126 km), Hebei_Hongshan_5kya showed a closer genetic rela- tionship with Liaoning_WLR_MN_5kya than with Miaozigou culture-related people represented by Miaozigou_MN. The most parsimonious explanation for this genetic similarity was that Hebei Hongshan people and Liaoning Hongshan people drew from the same (or very similar) ancestry sources, as it was unlikely that such a similar pattern of ancestry profile would be observed in geographically distant regions with differing local an- cestry unless they shared a common ancestral source. Therefore, our results strongly support the idea that population migration accompanied the westward expansion of Hongshan culture.

본 연구는 홍산문화가 인구 확산을 통해 전파되었다는 직접적인 유전학적 증거를 제시한다. 분석 결과, 약 473km 떨어져 있음에도 불구하고 정가구 유적 게놈으로 대표되는 하북 홍산 집단과, 반라산(半拉山) 유적의 Liaoning_WLR_MN_5kya로 대표되는 홍산문화 핵심 지역의 집단은 서로 가장 높은 수준의 유전적 부동을 공유했다. 더욱이, Hebei_Hongshan_5kya는 지리적으로 더 가까운(약 126km) 동시대 묘자구문화(廟子溝文化) 관련 집단(Inner_Mongolia_Miaozigou_MN_5.5kya)보다, 멀리 떨어진 Liaoning_WLR_MN_5kya와 유전적으로 더 가까운 관계를 보였다. 이러한 유전적 유사성을 가장 간명하게 설명하는 가설은, 하북과 요녕(遼寧)의 홍산인들이 동일하거나 매우 유사한 조상 집단에서 유래했다는 것이다. 만약 공통 조상을 공유하지 않는다면, 서로 다른 지역적 혈통을 가진 지리적으로 먼 두 지역에서 이처럼 유사한 혈통 구성이 나타날 가능성은 매우 낮기 때문이다. 따라서 우리의 결과는 홍산문화의 서쪽 확장에 인구 이동이 동반되었다는 가설을 강력하게 지지한다.

홍산 집단의 유전적 형성 과정. The Genetic Formation of the Hongshan Populations

We found that Hebei_Hongshan_5kya individuals display a population substructure characterized by varying proportions of Yangshao culture-related farmer ancestry. Yangshao culture-related ancestry is one of the most important biologic- al roots of ancient and present-day Chinese people. Previous ancient DNA studies suggested the expansions of Yangshao culture to the Shandong, southwest and northwest China, and the Tibetan Plateau were driven by demic diffusions (Tao et al. 2023; Du et al. 2024; Ma et al. 2024; Xiong et al. 2024; Wang et al. 2024a, 2024b; Fang et al. 2025; Shen et al. 2025). From an archaeological perspective, the Hongshan culture was considered a mixture of the local, earl- ier Zhaobaogou culture and the northward expansion of Yangshao culture (Zhang and Tian 2021). To date, we lack genomes preceding the Hongshan cultural period in Liaoning and Hebei. Given that the ANA-related lineage cov- ered the Mongolia Plateau, Amur River basin, and the Russian Far East in the Neolithic Age (Ning et al. 2020; Mao et al. 2021; Wang et al. 2021), it could be assumed to be the lineage of people preceding the Hongshan cultural period in Liaoning and Hebei. Interestingly, in addition to the two assumed an- cestral sources inferred from archaeological hypotheses-i.e. the Yangshao culture-related lineage and the ANA-related lineage-we observed a genetic contribution from a third an- cestral source, the Shandong hunter-gatherer-related lineage, in individuals associated with the Hongshan culture. We pro- posed 2 admixture models for Hebei_Hongshan_5kya and Liaoning_WLR_MN_5kya: one is that Hongshan culture people were the mixture of Yangshao culture-related, ANA-related, and Shandong hunter-gatherer-related lineage; another is that Hongshan culture people were the mixture of ANA and Dawenkou culture-related people from Shandong, represented by Shandong_Fujia_LDWK_5kya and Shandong_ Wucun_LDWK_Skya. Hebei_Hongshan_5kya/Liaoning_WLR_ MN_5kya and Shandong_Fujia_LDWK_5kya/Shandong_ Wucun_LDWK_5kya displayed a similar ratio of Yangshao culture farmer and Shandong hunter-gatherer-related ances- try. We argue that, based on our analysis of the genetic evi- dence under the parsimonious models (i.e. preferred the models with fewer source populations over more complicated models), the probability was higher that the mixture of local ancestry represented by ANA and the northward migration of Dawenkou culture-related people shaped the genetic forma- tion of Hongshan culture people. The genetic influence of indi- viduals from the Shandong Dawenkou culture on the Hongshan culture can be attributed to cultural interaction between the 2 cultures.

우리는 Hebei_Hongshan_5kya 개체들이 앙소문화 관련 농경민 혈통을 다양한 비율로 보유하며, 이는 집단 내 하위 구조가 존재함을 보여준다는 사실을 발견했다. 앙소문화 관련 혈통은 고대 및 현대 중국인의 가장 중요한 생물학적 뿌리 중 하나이다. 이전의 고대 DNA 연구들은 앙소문화가 산동, 중국 서남부와 서북부, 그리고 티베트 고원으로 확산된 것이 인구 확산에 의해 이루어졌음을 시사한 바 있다(Tao et al. 2023; Du et al. 2024; Ma et al. 2024; Xiong et al. 2024; Wang et al. 2024a, 2024b; Fang et al. 2025; Shen et al. 2025). 고고학적 관점에서 홍산문화는 토착의 선행 문화인 조보구문화와 북상한 앙소문화가 혼합되어 형성된 것으로 여겨져 왔다(Zhang and Tian 2021). 현재까지 요녕(遼寧)과 하북 지역에서 홍산문화 시기 이전의 게놈 데이터는 확보되지 않았다. 신석기 시대에 ANA 관련 계통이 몽골 고원, 아무르강 유역, 러시아 극동 지역에 넓게 분포했다는 점을 고려하면(Ning et al. 2020; Mao et al. 2021; Wang et al. 2021), 이 계통이 홍산문화 이전 시기 이 지역 사람들의 주된 혈통이었을 것으로 가정할 수 있다. 흥미롭게도, 고고학적 가설에 기반한 두 가지 조상 출처(앙소문화 관련 계통, ANA 관련 계통) 외에, 우리는 홍산문화 관련 개체들에게서 세 번째 조상 출처인 ‘산동 수렵채집인’ 관련 계통의 유전적 기여를 확인했다. 이를 바탕으로 우리는 Hebei_Hongshan_5kya와 Liaoning_WLR_MN_5kya에 대해 두 가지 혼합 모델을 제안한다. 첫째, 홍산인이 앙소문화, ANA, 산동 수렵채집인 계통의 혼합이라는 모델이다. 둘째, 홍산인이 ANA와, Shandong_Fujia_LDWK_5kya 및 Shandong_Wucun_LDWK_5kya로 대표되는 산동의 대문구문화 관련 집단의 혼합이라는 모델이다. Hebei_Hongshan_5kya/Liaoning_WLR_MN_5kya 집단과 산동의 대문구(大汶口) 집단은 앙소문화 농경민과 산동 수렵채집인 관련 혈통의 비율이 유사했다. 우리는 더 적은 수의 조상 집단을 가정하는 간명한 모델을 선호하는 원칙에 따라 유전적 증거를 분석했으며, 그 결과 ANA로 대표되는 토착 혈통과 북상한 대문구문화 관련 인구의 혼합이 홍산인의 유전적 구성을 형성했을 가능성이 더 높다고 본다. 산동 대문구문화 집단이 홍산문화에 미친 유전적 영향은 두 문화 간의 상호작용으로 설명할 수 있다.

Our ancestry modeling reveals that Hongshan populations inherited genetic contributions from 3 key sources: ANA, Yangshao farmers, and Shandong hunter-gatherers. While the ANA lineage aligns with the hypothesized local Zhaobaogou culture substrate, the Yangshao-related ancestry likely arrived indirectly via Dawenkou farmers migrating northward from Shandong. This challenges earlier archaeo- logical hypotheses that attributed the formation of Hongshan solely to direct interactions between the Zhaobaogou and Yangshao groups. Instead, our results highlight Dawenkou cul- ture as a pivotal intermediary, transmitting both millet-farming practices and genetic ancestry from the Central Plain to the Hongshan periphery.

우리의 혈통 모델링 분석은 홍산 집단이 세 가지 핵심적인 출처, 즉 ANA, 앙소(仰韶) 농경민, 산동 수렵채집인으로부터 유전적 기여를 받았음을 보여준다. ANA 계통은 가설로 제시된 토착 조보구문화 기층과 일치하는 반면, 앙소(仰韶) 관련 혈통은 산동에서 북쪽으로 이주한 대문구(大汶口) 농경민을 통해 간접적으로 유입되었을 가능성이 높다. 이는 홍산의 형성을 조보구(趙寶溝)와 앙소(仰韶) 집단 간의 직접적인 상호작용의 결과로만 보았던 기존의 고고학적 가설에 대한 새로운 관점을 제시한다. 대신 우리의 결과는 대문구문화가 중원의 기장 농업 기술과 유전적 혈통을 홍산의 주변부로 전달하는 중추적인 매개체 역할을 했음을 강조한다.

표현형 유산과 적응 형질. Phenotypic Legacy and Adaptive Traits

We checked the East Asian-specific traits in Hebei Hongshan_5kya individuals. Hebei_Hongshan_5kya carried alleles associated with dry earwax and no body odor and did not carry alleles associated with the decreased risk of de- veloping alcoholism in present-day East Asians. It should be noted that the trait-associated alleles in present-day popula- tions could be attributed to natural selection or introduced by admixture. The genetic legacy of ancient lineages in present-day traits has been inferred in Western Eurasians util- izing ancient DNA (Souilmi et al. 2022; Barrie et al. 2024; Irving-Pease et al. 2024). However, the limited availability of ancient East Asian genomes (i.e. a lack of high-coverage ge- nomes from the Yellow River and Southern East Asia) has pre- cluded similar research in East Asia. Moreover, a genetic divergence exists between the people associated with the Hongshan culture and present-day East Asians. Whether the genetic legacies of ancient East Asians, such as those associ- ated with the Hongshan culture, are reflected in present-day East Asian-specific traits will be a topic of great interest for fu- ture genetic studies.

우리는 Hebei_Hongshan_5kya 개체들에게서 동아시아 특이적 형질을 조사했다. 분석 결과, 이들은 건성 귀지와 체취 없음과 관련된 대립유전자를 보유했지만, 현대 동아시아인에게서 알코올 중독 발병 위험을 낮추는 것과 관련된 대립유전자는 가지고 있지 않았다. 현대 인구 집단에서 관찰되는 특정 형질 관련 대립유전자는 자연 선택의 결과일 수도 있고, 다른 집단과의 혼혈을 통해 유입되었을 수도 있다는 점을 고려해야 한다. 고대 DNA를 활용하여 서부 유라시아인의 현대적 형질에 남아있는 고대 계통의 유전적 유산을 추적하는 연구들이 진행된 바 있다(Souilmi et al. 2022; Barrie et al. 2024; Irving-Pease et al. 2024). 그러나 황하(黃河) 유역과 남부 동아시아 지역의 고품질 고대 게놈 데이터가 부족하여 동아시아에서는 유사한 연구가 어려웠다. 더구나 홍산문화 관련 집단과 현대 동아시아인 사이에는 유전적 분기가 존재한다. 홍산문화인과 같은 고대 동아시아인의 유전적 유산이 오늘날 동아시아 특이적 형질에 어떻게 반영되어 있는지를 밝히는 것은 향후 유전학 연구의 매우 흥미로운 주제가 될 것이다.

결론. Conclusion

Our findings situate Hongshan at the crossroads of multiple Neolithic interaction spheres. The genetic profile of the Hongshan people mirrors patterns observed in contemporan- eous cultures, such as Miaozigou and Shimao, where ANA and Yellow River ancestries mixed. However, Hongshan’s dis- tinct Shandong-related component suggests a unique role as a cultural and genetic bridge between the Central Plain, Shandong, and Northeast Asia. This aligns with archaeologic- al evidence of long-distance jade trade and ritual practices shared across these regions. Furthermore, the genetic impact of Dawenkou farmers on Hongshan challenges the traditional north-south dichotomy in Chinese Neolithic studies. Instead, it emphasizes a web of multidirectional migrations and cul- tural exchanges that shaped early East Asian societies.

본 연구의 결과는 홍산문화가 여러 신석기 시대 문화권이 교차하는 지점에 있었음을 보여준다. 홍산인의 유전적 구성은 ANA와 황하(黃河) 유역 혈통이 혼합된 묘자구(廟子溝)나 석묘(石峁)와 같은 동시대 문화에서 관찰되는 패턴과 유사하다. 그러나 홍산문화가 가진 뚜렷한 산동 관련 요소는 이 문화가 중원, 산동, 그리고 동북아시아를 잇는 문화적·유전적 가교로서 독특한 역할을 했음을 시사한다. 이는 이 지역들 간에 공유되었던 장거리 옥 교역 및 의례 관행과 같은 고고학적 증거와도 부합한다. 나아가, 대문구(大汶口) 농경민이 홍산에 미친 유전적 영향은 중국 신석기 연구의 전통적인 ‘남-북’ 이분법적 구도에 새로운 관점을 제시한다. 이는 오히려 초기 동아시아 사회가 다방향적 이주와 문화 교류의 복잡한 네트워크 속에서 형성되었음을 강조한다.

We noted that our study was based on only one site and thus may not represent the entire genetic diversity in the Hebei Hongshan culture-related people. Further sampling across a wider region of the Hongshan cultural period will be needed to investigate the diffusion model of Hongshan culture and its interactions with surrounding cultures. The early Neolithic Hebei and West Liao River people could help refine the admixture model for Hebei_Hongshan_5kya and Liaoning_WLR_MN_5kya people.

다만 본 연구는 단일 유적지에 기반하고 있어 하북 지역 홍산문화인 전체의 유전적 다양성을 완벽히 대표하지 못할 수 있다는 한계가 있다. 홍산문화의 확산 모델과 주변 문화와의 상호작용을 더 깊이 이해하기 위해서는 홍산문화 시기의 더 넓은 지역에 걸친 추가적인 샘플링이 필요하다. 특히, 하북과 서요하 지역의 초기 신석기 시대 인골을 분석한다면, Hebei_Hongshan_5kya와 Liaoning_WLR_MN_5kya 집단의 혼합 모델을 더욱 정교하게 다듬는 데 도움이 될 것이다.

재료 및 방법. Materials and Methods

정가구 유적의 고고학 정보. Archaeological Information of Zhengjiagou Site

The Zhengjiagou Site is located on the northwest slope of Zhengjiagou Village, Ta’er Village Township, Xuanhua District, Zhangjiakou City, Hebei Province, China. In 2023, the excavation area was approximately 500 square meters, and more than 150 artifacts were unearthed, including typical artifacts of the Hongshan Culture, such as the Jade Pig Dragon, Jade Ring, and Jade Axe. More than 30 human bones were unearthed, more than 20 sacrificial pits were discovered, and a large number of pottery fragments, such as gray pottery, red pottery, and painted pottery, were also unearthed. By radiocarbon dating human bones and carbon samples, it is de- termined that the site dates back 4,800 to 5,300 years ago and is preliminarily classified as a remnant of the Hongshan Culture. Two samples were selected to conduct radiocarbon dating:

정가구 유지는 중국 하북성 장가구시(張家口市) 선화구(宣化區) 탑아촌향(塔兒村鄉) 정가구촌(鄭家溝村)의 북서쪽 경사면에 있다. 2023년, 약 500평방미터 면적을 발굴하여 옥저룡(玉猪龍), 옥환(玉環), 옥부(玉斧) 등 홍산문화의 전형적인 유물을 포함해 150점 이상의 유물을 출토했다. 또한 30점 이상의 인골과 20기 이상의 제사갱(祭祀坑)이 발견되었고, 회도(灰陶), 홍도(紅陶), 채도(彩陶) 등 다수의 토기 편도 수습되었다. 인골과 탄소 시료에 대한 방사성탄소 연대측정 결과, 이 유적의 연대는 4,800년에서 5,300년 전으로 결정되었으며, 잠정적으로 홍산문화 유적으로 분류된다. 이 중 두 샘플에 대해 방사성탄소 연대측정을 실시했다:

• ZJG2, 5285-4978 cal BP
• ZJG7, 5279-4871 cal BP

방사성탄소 연대측정. Radiocarbon Dating

The preparation of bone/tooth samples involves a standard acid-base-acid (ABA) procedure and collagen extraction. Firstly, bone/tooth samples are ultrasonicated in ultrapure water, dried, grinded, and sieved to get the appropriately sized sample fraction (0.5 to 1 mm). Then, samples are treated with 0.5 M hydrochloric acid (~18h), 0.1 to 0.2 M sodium hy- droxide (30 min to 1 h), and 0.5 M hydrochloric acid (1 h). Bone/tooth collagen gelatinization is performed in pH 3 solu- tion at 70°C for 20 h. The gelatin solution is filtered using a clean filter and then freeze-dried. The quality of collagen is monitored by carbon and nitrogen content in collagen, atomic C/N ratio determination and collagen yield. Samples are dated if the collagen yield is above 1% and the C:N ratio of the col- lagen is between 2.9 and 3.5. The samples that deviate from these ratios are deemed unsuitable for dating. The pure collagen samples were combusted with CuO and silver in vacuo to CO2 at 900°C for 2 h. The CO2 was purified, graphitized, and measured on a compact 0.5 MeV NEC Accelerator Mass Spectrometry in the Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences. All radiocarbon dates were mod- elled in OxCal (Ramsey and Lee 2013) using the IntCal20 (Reimer et al. 2020) calibration curve.

뼈/치아 샘플의 전처리 과정은 표준 산-염기-산(ABA) 절차와 콜라겐 추출을 포함한다. 먼저, 뼈/치아 샘플을 초순수에서 초음파 세척하고 건조한 뒤 분쇄하여 0.5~1mm 크기의 입자로 거른다. 그 다음, 샘플을 0.5M 염산(약 18시간), 0.1~0.2M 수산화나트륨(30분~1시간), 0.5M 염산(1시간) 순으로 처리한다. 뼈/치아의 콜라겐은 pH 3 용액에서 70°C 조건으로 20시간 동안 가열하여 젤라틴화한다. 젤라틴 용액을 깨끗한 필터로 거른 뒤 동결 건조한다. 추출된 콜라겐의 품질은 탄소 및 질소 함량, 원자 단위 C/N 비율, 그리고 콜라겐 수율을 통해 확인한다. 콜라겐 수율이 1% 이상이고 C:N 비율이 2.9에서 3.5 사이인 샘플만 연대측정에 사용한다. 이 기준에서 벗어나는 샘플은 측정에 부적합한 것으로 간주한다. 정제된 콜라겐 샘플은 산화구리(CuO) 및 은과 함께 진공 상태에서 900°C로 2시간 동안 연소시켜 이산화탄소(CO2)로 변환했다. 이 이산화탄소를 정제하고 흑연화한 뒤, 중국과학원(中國科學院) 광주지구화학연구소(廣州地球化學硏究所)의 소형 0.5 MeV NEC 가속기 질량분석기(AMS)로 측정했다. 모든 방사성탄소 연대는 IntCal20 보정 곡선을 사용하여 OxCal 프로그램으로 모델링했다.

고대 DNA 추출 및 시퀀싱. Ancient DNA Extraction and Sequencing

We initially screened ancient samples in a controlled environ- ment at Xiamen University’s Ancient DNA Laboratory in China, using established protocols for handling ancient hu- man DNA. We washed the bone samples with 75% ethanol to re- move surface dirt and attachments. We carefully removed the surface layer using an electric drill to expose a fresh surface. Subsequently, we applied a 10% sodium hypochlorite solu- tion to the newly exposed bone surface for 10 min to disinfect and eliminate any remaining contaminants. After rinsing the samples with absolute ethanol, we air-dried them under ultra- violet light for a minimum duration of 30 min to minimize mi- crobial contamination before milling. Approximately 80 to 180 mg of bone powder was obtained through a methodical process, which entailed drilling into cementum, petrous parts of temporal bones, or bone sections of limb bones while care- fully avoiding penetration into the marrow cavity. The bone powder was subjected to lysis by overnight incubation. Each sample received 1 mL of 0.5 M EDTA and 1 µL of 20 mg/mL Proteinase K, with adjustments made for samples containing more than 120 mg of bone powder. The samples were agitated at 300 rpm and incubated at 37°C overnight. We used a silica membrane-based MinElute Kit (Qiagen, Germany) to conduct DNA purification. The laboratory-prepared binding buffer contains 5 M guanidine hydrochloride, 40% isopropanol, 25 mM sodium acetate, and 0.05% Tween-20 (Sigma Aldrich, Germany) at pH 5.5, which provides the correct salt concentration and pH for adsorption of DNA to the MinElute membrane. The clarified supernatant obtained after overnight digestion for each sample was combined with ap- proximately 13 mL of binding buffer. The purified DNA was ultimately eluted using distilled water.

고대 샘플의 초기 스크리닝은 샤먼대학(廈門大學) 고대 DNA 연구소의 통제된 환경에서, 기존에 확립된 고대 인류 DNA 처리 프로토콜에 따라 진행했다. 먼저 뼈 샘플 표면의 흙과 부착물을 제거하기 위해 75% 에탄올로 세척했다. 그 다음, 전동 드릴을 사용하여 표면층을 조심스럽게 제거하고 깨끗한 내부를 노출시켰다. 노출된 뼈 표면은 10% 차아염소산나트륨 용액으로 10분간 처리하여 남아있는 오염물질을 소독 및 제거했다. 샘플을 무수 에탄올로 헹군 뒤, 분쇄 전 미생물 오염을 최소화하기 위해 자외선 아래에서 최소 30분간 자연 건조했다. 백악질(cementum), 측두골의 추체부, 또는 사지골의 단면 등 골수강(marrow cavity) 침투를 피할 수 있는 부위를 신중하게 드릴링하여 약 80~180mg의 뼈 분말을 얻었다. 이 뼈 분말을 밤새 배양하여 용해시켰다. 각 샘플에 1mL의 0.5M EDTA와 1µL의 20mg/mL 농도 Proteinase K를 첨가했으며, 뼈 분말이 120mg 이상인 샘플은 시약의 양을 조절했다. 샘플은 300rpm으로 교반하며 37°C에서 밤새 배양했다. DNA 정제는 실리카 막 기반의 MinElute 키트(Qiagen, Germany)를 사용했다. 실험실에서 직접 제조한 결합 버퍼(pH 5.5의 5M 구아니딘 염산염, 40% 이소프로판올, 25mM 아세트산 나트륨, 0.05% Tween-20)는 DNA가 MinElute 막에 흡착되기에 적합한 염 농도와 pH를 제공한다. 밤새 소화시킨 후 얻은 각 샘플의 투명한 상층액을 약 13mL의 결합 버퍼와 혼합했다. 정제된 DNA는 최종적으로 증류수를 사용하여 용리했다.

We prepared double-stranded libraries with no uracil-DNA-glycosylase (UDG) treatment to preserve the typical terminal damage of ancient DNA using the NEBNext Ultra II DNA Library Prep Kit (New England BioLabs) in conjunction with customized sticky-ends adap- tors. We followed the protocol from David Reich’s lab, em- ploying Twist capture reagents for hybridization capture to enhance the acquisition of additional SNP loci. Post-PCR clean-up throughout the entire experi- mental procedure was achieved using 1.8x AMPure XP beads (Beckman Coulter, USA) to eliminate non-target DNA fragments below 100 bp. We then sequenced the li- braries on the DNBSEQ-T7 platform.

고대 DNA의 특징적인 말단 손상을 보존하기 위해 UDG(uracil-DNA-glycosylase) 처리 없이, NEBNext Ultra II DNA 라이브러리 준비 키트와 맞춤형 어댑터를 사용하여 이중 가닥 라이브러리를 제작했다. 추가적인 SNP 좌위 확보를 위해 David Reich 연구실의 프로토콜에 따라 Twist사의 시약을 사용하여 혼성화 캡처를 진행했다. 실험 전 과정에서 PCR 후 정제는 1.8배 농도의 AMPure XP 비드를 사용하여 100bp 미만의 비표적 DNA 조각을 제거했다. 완성된 라이브러리는 DNBSEQ-T7 플랫폼에서 시퀀싱했다.

DNA 염기서열 데이터 처리. DNA Sequence Data Processing

We trimmed adapters from both read pairs and trimmed bases at 5’/3′ termini with quality scores ≤20 and the ambiguous bases (N) (-trimns -trimqualities -minquality 20) and col- lapsed forward and reverse reads (-collapse) and discarded reads shorter than 30 bp (-minlength 30) using Adapter Removal (version 2.3.2). Collapsed reads were aligned against the human reference gen- ome hs37d5 (GRCh37 with decoy sequences) using the aln and samse modules in the Burrows-Wheeler Aligner (BWA) program (version 0.7.17-r1188) with options for turning off seeding (-1 1024) and allowing add- itional mismatches (-n 0.01). BAM files were sorted and in- dexed using Samtools (version 1.7) and then used to remove PCR duplicates using dedup (version 0.12.8). BAM files were filtered for a minimal Phred-scaled mapping quality score of 30 using Samtools (ver- sion 1.7).

AdapterRemoval (v2.3.2) 프로그램을 사용하여 양방향 리드에서 어댑터를 제거하고, 염기 품질 점수가 20 이하인 5’/3′ 말단 염기와 불확실한 염기(N)를 잘라냈다(-trimns -trimqualities -minquality 20). 또한 정방향과 역방향 리드를 병합하고(-collapse) 길이가 30bp 미만인 리드는 폐기했다(-minlength 30). 병합된 리드는 BWA 프로그램(v0.7.17-r1188)의 aln 및 samse 모듈을 사용하여 인간 참조 게놈 hs37d5(GRCh37+decoy 서열)에 정렬했다. 이때 시딩(seeding) 기능을 끄고(-l 1024) 추가적인 불일치를 허용하는(-n 0.01) 옵션을 적용했다. 정렬된 BAM 파일은 Samtools (v1.7)를 사용하여 정렬 및 인덱싱한 후, dedup (v0.12.8) 프로그램을 이용해 PCR 중복을 제거했다. 최종적으로 Samtools (v1.7)를 사용하여 Phred 스케일 매핑 품질 점수가 30 미만인 리드를 필터링했다.

데이터 품질 관리. Data Quality Control

We assessed the authenticity of ancient DNA using multiple measures. First, we calculated the postmortem damage pattern using mapDamage (version 2.2.1). We checked whether each library showed increased C-to-T misin- corporations at 5′ termini and G-to-A misincorporations at 3′ termini, as expected for double-stranded libraries. Second, we estimated the contamination rate. We used the ContamMix R-script estimate.R to estimate the amount of authentically mapping mitochondrial reads at 311 modern diagnostic mark- er positions. We run ContamMix with default options and the following 2 input files we generated from all reads in the BAM file that mapped against the MT-genome: (i) An alignment of MT reads against their own consensus (-samFn). This consensus was constructed by iteratively map- ping the reads with MIA (mia) and mapping the last iteration with MIA (mia) to obtain one FASTA-sequence. The MT reads were mapped against their consensus using bwa aln and samse and filtered for a minimum mapping quality of 30 with SAMtools-q30. (ii) Multiple alignments of the consensus genome and a fasta-file containing the diag- nostic marker positions against each other (-malnFn) obtained with mafft. The X chromosomal contamination rate was estimated for individuals with assigned male biologic- al sex using the contamination module of the ANGSD soft- ware (version 0.910). We used the HapMap resources for CHB (Han Chinese in Beijing), which were provided with the ANGSD software to define poly- morphic sites. We restricted the analysis to the non- recombining portion of the X chromosome (X:5,000,000 to 154,900,000). For male libraries with low X-chromosome contamination but slightly higher mtDNA contamination, we classified these libraries as having low contamination.

고대 DNA의 진위 여부는 여러 척도를 통해 평가했다. 첫째, mapDamage (v2.2.1) 프로그램을 사용하여 사후 손상 패턴을 계산했다. 이중 가닥 라이브러리에서 예상되는 바와 같이, 각 라이브러리가 5′ 말단에서 C-to-T 변이 증가와 3′ 말단에서 G-to-A 변이 증가를 보이는지 확인했다. 둘째, 오염률을 추정했다. ContamMix R-스크립트인 estimate.R을 사용하여 311개의 현대인 진단 마커 위치에서 내인성으로 매핑된 미토콘드리아 리드의 양을 추정했다. ContamMix는 기본 옵션으로 실행했으며, 미토콘드리아 게놈에 매핑된 BAM 파일의 모든 리드로부터 생성한 다음 두 개의 입력 파일을 사용했다: (i) MT 리드를 자체 컨센서스 서열에 정렬한 파일(-samFn). 이 컨센서스 서열은 MIA를 사용하여 리드를 반복적으로 매핑하여 구축했다. MT 리드는 bwa aln과 samse를 사용하여 자체 컨센서스 서열에 매핑되었고, SAMtools -q30 옵션으로 최소 매핑 품질 30 이상으로 필터링했다. (ii) mafft로 얻은, 컨센서스 게놈과 진단 마커 위치가 포함된 fasta 파일 간의 다중 서열 정렬 파일(-malnFn). 남성으로 판별된 개체의 X 염색체 오염률은 ANGSD 소프트웨어(v0.910)의 오염 모듈을 사용하여 추정했다. 다형성 부위를 정의하기 위해 ANGSD 소프트웨어와 함께 제공되는 HapMap의 CHB(북경 한족) 데이터를 사용했다. 분석은 X 염색체의 비재조합 영역(X:5,000,000 ~ 154,900,000)에 국한했다. X 염색체 오염률은 낮지만 mtDNA 오염률이 약간 더 높은 남성 라이브러리의 경우, 최종적으로 오염 수준이 낮은 것으로 분류했다.

생물학적 성별 판별. Biological Sex Determination

We used “male” to indicate an individual with one X chromo- some and one Y chromosome and “female” to indicate an in- dividual with two X chromosomes. The biological sex of samples based on 1240K capture data was determined by the method described in Reference. This meth- od calculated the ratio of the alignments to chromosome Y to chromosome autosomes, divided by the expected value of the quantity based on the number of SNPs in the relevant target set. The depth of coverage was calculated by the depth module of Samtools (version 1.7) on 1240K SNPs with mapping quality ≥ 30 (“-Q 30”) and base quality ≥ 30 (“-q 30”). The expected value of is ~0.5 for males and ~0 for females. The individuals with the observed value of YCov/autoCov > 0.3 are reported as male, and individuals with the ob- served value of YCov/autoCov < 0.1 are reported as female, as de- scribed in Ref.

하나의 X 염색체와 하나의 Y 염색체를 가진 개체는 ‘남성’으로, 두 개의 X 염색체를 가진 개체는 ‘여성’으로 표기했다. 1240K 캡처 데이터 기반의 샘플 성별은 기존에 발표된 방법을 따랐다. 이 방법은 상염색체 대비 Y 염색체에 정렬된 리드의 비율을 계산한 뒤, 이를 관련 타겟 SNP 수에 기반한 기대값으로 나누어 판별한다. 커버리지 깊이는 Samtools(v1.7)의 depth 모듈을 사용하여, 매핑 품질 30 이상(-Q 30), 염기 품질 30 이상(-q 30)의 1240K SNP에 대해 계산했다. Y염색체 커버리지/상염색체 커버리지(YCov/autoCov) 비율의 기대값은 남성이 약 0.5, 여성이 약 0이다. 관찰된 비율이 0.3을 초과하면 남성으로, 0.1 미만이면 여성으로 보고했다.

유전자형 결정. Genotyping

To minimize the bias due to ancient DNA deamination, we masked 9 bp from both ends using the trimBam module in BamUtil (version 1.0.15). We randomly called the genotype for 1240K SNPs with high-quality base and mapping quality (-q 30 and -Q30) using pileupcaller.

고대 DNA의 탈아미노화로 인한 편향을 최소화하기 위해, BamUtil(v1.0.15)의 trimBam 모듈을 사용하여 양쪽 끝에서 9bp씩을 마스킹 처리했다. pileupcaller 프로그램을 사용하여, 염기 및 매핑 품질이 높은(-q 30, -Q30) 1240K SNP에 대해 무작위로 유전자형을 결정했다.

유전적 친연도 추정. Estimation of Genetic Relatedness

We calculated the READ software (Monroy Kuhn et al. 2018) with default parameters based on pseudo-haploid genotypes between every pair of individuals.

모든 개체 쌍 간의 유전적 관계는 READ 소프트웨어를 사용하여, 유사-반수체 유전자형을 기반으로 기본 매개변수를 적용하여 계산했다.

단일 부모 유전 하플로그룹 할당. Uniparental Haplogroup Assignment

We generated mitochondrial consensus sequences of quality > 20 using the log2fasta program in the Schmutzi. Mitochondrial and Y-chromosomal haplogroups were inferred with Haplogrep (version 2), and the Yleaf (version 2.2) program, with the option “-r 1” for setting the minimum number of reads for each base, was used for haplogroup.

Schmutzi의 log2fasta 프로그램을 사용하여 품질 점수 20 이상의 미토콘드리아 컨센서스 서열을 생성했다. 미토콘드리아 하플로그룹은 Haplogrep(v2)으로, Y-염색체 하플로그룹은 Yleaf(v2.2) 프로그램을 사용하여 추론했다. Yleaf 실행 시에는 각 염기 위치에 최소 1개의 리드를 요구하는 “-r 1” 옵션을 사용했다.

데이터 통합. Data Merging

We have provided the co-analysed ancient and modern genome information, along with the corresponding original reference paper, in supplementary tables S1c and S1d, Supplementary Material online. The convertf program in EIGENSOFT soft- ware (Patterson et al. 2006) was used to extract the populations listed in supplementary tables S1c and S1d, Supplementary Material online from the 1240 K dataset and the HO dataset, which were curated by the Allen Ancient DNA Resource. We then merged our new data with (i) the “1240K” reference dataset (1,135,618 SNPs) consisting of the 1240K capture data or whole-genome shotgun data for previously published ancient Eurasians and limited present-day Eurasians genotyped on 1240K SNP panel and (ii) the “1240K + Human Origin (HO)” reference dataset (597,569 SNPs) consisting of present-day Eurasian individuals genotyped on HO SNP array and the 1240K capture data or whole genome shotgun data for previously published ancient individuals genotyped on HO SNP panel. Throughout this study, the merged HO dataset was utilized for PCA analysis of both ancient and present-day Eurasians. The merged 1240K dataset was employed for f-statistics- based analysis of ancient individuals to maximise SNP coverage.

공동 분석에 사용된 고대 및 현대 게놈 정보와 해당 원본 참조 논문은 온라인 보충 자료 표 S1c와 S1d에 제공했다. Allen Ancient DNA Resource에서 관리하는 1240K 데이터셋과 HO 데이터셋에서 보충 자료 표 S1c와 S1d에 명시된 인구 집단을 추출하기 위해 EIGENSOFT 소프트웨어의 convertf 프로그램을 사용했다. 그 다음, 새로 생성한 데이터를 (i) “1240K” 참조 데이터셋(SNP 1,135,618개)과 통합했다. 이 데이터셋은 이전에 발표된 고대 유라시아인의 1240K 캡처 또는 전체 게놈 샷건 데이터와, 1240K SNP 패널로 분석된 일부 현대 유라시아인 데이터로 구성된다. (ii) 또한 “1240K + Human Origin (HO)” 참조 데이터셋(SNP 597,569개)과도 통합했다. 이 데이터셋은 HO SNP 어레이로 분석된 현대 유라시아인과, HO SNP 패널로 분석된 기존 고대인 데이터로 구성된다. 본 연구 전반에 걸쳐, 통합된 HO 데이터셋은 고대 및 현대 유라시아인의 PCA 분석에 활용되었다. 통합된 1240K 데이터셋은 SNP 커버리지를 극대화하기 위해 고대인 대상 f-통계 기반 분석에 사용되었다.

주성분 분석 (PCA). Principal Component Analysis

We performed principal component analysis (PCA) on the merged HO dataset using the smartpca (version 16000) pro- gram in EIGENSOFT software (Patterson et al. 2006) with the options “lsqproject: YES” and “numoutlieriter:0”. The option “Isqproject: YES” was used to project all ancient ge- nomes on the modern background. The option “numoutlier- iter:0” was used to turn off outlier removal.

통합된 HO 데이터셋을 사용하여 EIGENSOFT 소프트웨어의 smartpca(v16000) 프로그램으로 주성분 분석(PCA)을 수행했으며, 이때 “lsqproject:YES”와 “numoutlieriter:0” 옵션을 사용했다. “lsqproject:YES” 옵션은 모든 고대 게놈을 현대인 데이터 배경에 투영하기 위해 사용했다. “numoutlieriter:0” 옵션은 이상치(outlier) 제거 기능을 비활성화하기 위해 사용했다.

비지도 ADMIXTURE 분석. Unsupervised ADMIXTURE

We pruned the strong linkage disequilibrium using PLINK software (version 1.9) (Purcell et al. 2007) with option “-indep-pairwise 200 25 0.4” on the merge Human Origin da- taset. We run the unsupervised ADMIXTURE analysis using ADMIXTURE software v1.3.0 (Alexander et al. 2009) with default parameters, setting K to range from 2 to 12.

통합된 Human Origin 데이터셋에 대해 PLINK 소프트웨어(v1.9)의 “-indep-pairwise 200 25 0.4” 옵션을 사용하여 강한 연관 불균형(linkage disequilibrium)을 제거했다. 그 다음, ADMIXTURE 소프트웨어(v1.3.0)를 사용하여 비지도 ADMIXTURE 분석을 수행했으며, K값을 2에서 12까지 변화시키면서 기본 매개변수로 실행했다.

F-통계 분석. F Statistics

We used qp3pop (version 651) from the ADMIXTOOLS soft- ware (Patterson et al. 2012) with the option “inbreed: YES” to calculate outgroup f3 Outgroup-f3 statistics has the form f3(A, B; C) where C is an outgroup (i.e. equally closely related to all left populations) and is used to calculate the shared genetic drift between populations A and B after divergence from the outgroup C. Yoruba from sub-Saharan Africa is often chosen as plausible outgroups with human populations from Eurasia. The larger the outgroup f3 value, the more genetic drift be- tween population A and population B; in other words, the closer the genetic relationship between population A and population B. The standard error (Std. err) was calculated with 5 centiMorgan (cM) block jackknifing implemented in the ADMIXTOOLS software. We used qpDstat (version 980) from the ADMIXTOOLS soft- ware (Patterson et al. 2012) with the option “f4mode: YES” to calculate f4 statistics in the form of f4(Yoruba, X; Y, Z). The standard error (Std. err) was calculated with 5 centiMorgan (CM) block jackknifing implemented in the ADMIXTOOLS soft- ware. The null hypothesis for f4 statistics is that Y and Z formed a sister clade relative to X. f4 statistics com- puted a Z-score for the deviation of f4 statistics from zero based on a block jackknife standard error. The absolute value of a Z-score larger than 3 suggests a significant rejection of the null hypothesis. Z-score > 3 indicated X shared more derived alleles with Z than with Y. Z-score <-3 indicated X shared more de- rived alleles with Y than with Z.

ADMIXTOOLS 소프트웨어의 qp3pop(v651) 프로그램을 “inbreed:YES” 옵션으로 사용하여 외부 그룹 f3 통계를 계산했다. f3(A, B; C) 형태의 외부 그룹-f3 통계는 집단 A와 B가 외부 그룹 C로부터 분기된 이후 공유하는 유전적 부동을 계산하는 데 사용된다. 사하라 사막 이남의 요루바(Yoruba) 집단이 유라시아 인구 집단의 외부 그룹으로 자주 선택된다. 외부 그룹 f3 값이 클수록 집단 A와 B가 더 많은 유전적 부동을 공유하며, 이는 두 집단 간의 유전적 관계가 더 가깝다는 것을 의미한다. 표준 오차는 ADMIXTOOLS 소프트웨어에 내장된 5cM 블록 잭나이핑 방식으로 계산했다. f4(Yoruba, X; Y, Z) 형태의 f4 통계는 ADMIXTOOLS 소프트웨어의 qpDstat(v980) 프로그램을 “f4mode:YES” 옵션으로 계산했다. 표준 오차 역시 5cM 블록 잭나이핑 방식으로 계산했다. f4 통계의 귀무가설은 ‘Y와 Z가 X에 대해 자매 분기군을 형성한다’는 것이다. f4 통계는 블록 잭나이프 표준 오차를 기반으로 f4 통계값이 0에서 벗어나는 정도를 Z-점수로 계산한다. Z-점수의 절댓값이 3보다 크면 귀무가설이 유의미하게 기각됨을 시사한다. Z-점수가 3보다 크면 X가 Y보다 Z와 더 많은 파생 대립유전자를 공유함을, -3보다 작으면 X가 Z보다 Y와 더 많은 파생 대립유전자를 공유함을 의미한다.

qpWave 분석. qpWave

We used qp Wave (version 600) from the ADMIXTOOLS soft- ware (Patterson et al. 2012). We also used the qp Wave (ver- sion 600) program in ADMIXTOOLS software (Patterson et al. 2012) to combine multiple f-statistic-based signals into a test for the number of distinct components of ancestry (rela- tive to a specified outgroup set) present among tested popula- tions. We use f4-statistics of the form X(l, r)=f(lo, l; ro, r), where lo,ro are arbitrarily chosen “base” populations, and 1, r are other populations from 2 sets L and R, respectively. If X(l,r) has rank and there were n waves of immigration into R with no back-migration from R to L, then r+1 ≤ n. For absolute fit quality, we give the “tail” P value, where a higher value indicates a better fit. We also give “taildiff” P val- ues as relative measures comparing consecutive rank levels, where a higher value indicates less improvement in the fit when adding another ancestry source. In our study, we tested whether the 15 newly studied Hebei_Hongshan_5kya individuals were genetically homogeneous relative to outgroup populations. We set L to include 15 Hebei_Hongshan_5kya individuals and R to include Mbuti.DG, Tianyuan, Onge.DG, Italy_North_ Villabruna_HG, Kazakhstan_Eneolithic_Botai.SG, Mongolia_ N_East_7kya, Shandong_EN (pooled by Boshan, Bianbian, Xiaogao, and Xiaojingshan), Yumin, Japan_Jomon, Taiwan_Hanben, Fujian_EN, and Henan_YR_MN_5kya. To test the robustness of qp Wave, we also treated each Hebei_Hongshan_5kya individual as the first population in the tested population list and conducted qp Wave analysis.

ADMIXTOOLS 소프트웨어의 qpWave(v600) 프로그램을 사용했다. 이 프로그램은 여러 f-통계 기반 신호를 통합하여, 테스트 대상 집단들 사이에 존재하는 (특정 외부 그룹 집합에 대한) 뚜렷한 조상 요소의 수를 검증하는 데 사용된다. 분석에는 X(l, r) = f4(l0, l; r0, r) 형태의 f4-통계를 사용하는데, 여기서 l0와 r0는 임의로 선택된 “기저” 집단이고, l과 r은 각각 L과 R이라는 두 집합에 속한 다른 집단들이다. 만약 X(l, r)의 랭크가 r이고, R에서 L로의 역이주 없이 R로 n번의 이주 물결이 있었다면, r+1 ≤ n의 관계가 성립한다. 모델의 절대적인 적합도는 “tail” P-값으로 제시하며, 이 값이 높을수록 모델이 더 잘 맞는다는 것을 의미한다. 연속적인 랭크 수준을 비교하는 상대적 척도로는 “taildiff” P-값을 제시하며, 이 값이 높을수록 조상 출처를 하나 더 추가해도 모델의 적합도가 크게 개선되지 않음을 의미한다. 본 연구에서는 새로 분석한 15명의 Hebei_Hongshan_5kya 개체들이 외부 그룹 집단에 대해 유전적으로 균일한지를 검증했다. L 집합에는 15명의 Hebei_Hongshan_5kya 개체를, R 집합에는 Mbuti.DG, 톈위안인(田園人), Onge.DG, Italy_North_Villabruna_HG, Kazakhstan_Eneolithic_Botai.SG, Mongolia_N_East_7kya, Shandong_EN(보산(Boshan), 변변(Bianbian), 소고(Xiaogao), 소경산(Xiaojingshan) 통합), Yumin, Japan_Jomon, Taiwan_Hanben, Fujian_EN, Henan_YR_MN_5kya를 포함시켰다. qpWave 분석의 신뢰도를 검증하기 위해, 각 Hebei_Hongshan_5kya 개체를 순서대로 테스트 집단 목록의 첫 번째로 지정하여 분석을 반복 수행했다.

qpAdm을 이용한 혼합 모델링. Admixture Modelling Using qpAdm

We used qpAdm (version 1000) from the ADMIXTOOLS soft- ware (Patterson et al. 2012) to model our genomes as an admix- ture of potential ancestral source populations and estimate ancestry proportions, with the options “details: YES” and “allsnps: YES.” We chose the following outgroups: Mbuti.DG, Tianyuan, Onge.DG, Italy_North_Villabruna_HG, Kazakhstan_Eneolithic_Botai.SG, Mongolia_N_East_7kya, Shandong EN (pooled by Bianbian, Xiaogao, and Xiaojingshan), Yumin, Japan_Jomon, Fujian_EN, and YR_LN. We follow the following procedure to report the N-source qpAdm model as the best model for the target population: (i) an N-source model is not rejected (i.e. a P-value of the rank=0 model is above 0.01), (ii) the estimated admixture proportions are between 0 and 1, (iii) the estimated admixture proportions + Std. err are above 0, (iv) all the P-values of the nested models (i.e. one or more source populations are forced to be equal to 0) are <0.05, indicating that the N-source model was significantly better than the nested models, even though the nested models reached the (i) to (iii) criteria described above.

ADMIXTOOLS 소프트웨어의 qpAdm(v1000) 프로그램을 사용하여, 분석 대상 게놈을 잠재적인 조상 집단들의 혼합으로 모델링하고 각 혈통의 비율을 추정했다. 이때 “details:YES”와 “allsnps:YES” 옵션을 적용했다. 외부 그룹으로는 Mbuti.DG, 톈위안인(田園人), Onge.DG, Italy_North_Villabruna_HG, Kazakhstan_Eneolithic_Botai.SG, Mongolia_N_East_7kya, Shandong_EN(변변(Bianbian), 소고(Xiaogao), 소경산(Xiaojingshan) 통합), Yumin, Japan_Jomon, Fujian_EN, YR_LN을 선택했다. N-출처 qpAdm 모델을 최적의 모델로 보고하기 위해 다음 절차를 따랐다: (i) N-출처 모델이 기각되지 않고(즉, rank=0 모델의 P-값이 0.01 이상), (ii) 추정된 혼합 비율이 0과 1 사이이며, (iii) ‘추정된 혼합 비율 + 표준오차’가 0보다 크고, (iv) 모든 하위 모델(즉, 하나 이상의 조상 집단 비율을 강제로 0으로 설정한 모델)의 P-값이 0.05 미만일 경우. 네 번째 조건은 하위 모델이 앞선 세 가지 기준을 충족하더라도, N-출처 모델이 통계적으로 유의미하게 더 우수함을 의미한다.

 

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