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        一種新方法找到讓人類和猩猩不同的腦區(qū)

        2021-06-01 14:52:47
        中國科學(xué)探險 2021年2期
        關(guān)鍵詞:人類區(qū)域研究

        人類和黑猩猩的蛋白質(zhì)編碼基因組非常相似,只有1%的差異。理解人之所以為人的生物學(xué)特征,是一個引人入勝又爭論激烈的研究領(lǐng)域的一部分。

        據(jù)《每日科學(xué)》報道,瑞士生物信息學(xué)研究所(SIB)和洛桑大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新方法,首次精確定位了大腦中人類特異的基因調(diào)控方式的適應(yīng)性變化。這些結(jié)果為人類進(jìn)化、發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的研究開辟了新視角。近日,相關(guān)論文發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

        為解釋是什么將人類和類人猿區(qū)分開來,研究人員長期以來一直假設(shè)起關(guān)鍵作用的不是DNA序列,而是基因的調(diào)控(即基因何時、何地表達(dá)以及表達(dá)強度)。然而,精確定位調(diào)控元件是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

        “要回答這些令人困惑的問題,就必須識別出基因組中所謂的被‘正選擇的部分。”SIB研究小組負(fù)責(zé)人、論文作者之一Marc Robinson-Rechavi表示,這個答案對解決進(jìn)化問題非常有意義,最終也有助于生物醫(yī)學(xué)研究,因為它提供了一個關(guān)于基因如何運作的視角。

        在該研究中,研究人員開發(fā)了一種能夠鑒定大腦中大量基因調(diào)控區(qū)域的新方法,這些區(qū)域在人類進(jìn)化過程中被選中。

        “研究首次表明,與胃或心臟相比,人類大腦經(jīng)歷了特別高水平的正選擇。”博士后研究員、該論文主要作者Jialin Liu解釋說,這令人興奮,因為現(xiàn)在有了一種方法來識別可能對人類認(rèn)知能力的進(jìn)化作出貢獻(xiàn)的基因組區(qū)域。

        為得出結(jié)論,研究人員將機(jī)器學(xué)習(xí)模型與實驗數(shù)據(jù)結(jié)合起來,研究不同組織中參與基因調(diào)控的蛋白質(zhì)與它們的調(diào)控序列的結(jié)合程度,然后在人類、黑猩猩和大猩猩之間進(jìn)行了進(jìn)化比較。

        “現(xiàn)在我們知道了哪些區(qū)域是控制人類大腦基因表達(dá)的正選擇區(qū)域。對其控制的基因了解得越多,我們對認(rèn)知和進(jìn)化的理解就越完整,根據(jù)這種理解采取行動的范圍也就越廣?!?Robinson-Rechavi總結(jié)道。

        大多數(shù)隨機(jī)的基因突變對一個有機(jī)體既無好處也無壞處,它們以穩(wěn)定的速度積累,反映兩個擁有共同祖先的現(xiàn)存物種的進(jìn)化時間長短。相比之下,基因組某一特定部分突變率的加速,可反映出對一種突變的正選擇,這種選擇有助于有機(jī)體生存和繁殖,也使突變更有可能遺傳給后代。

        基因調(diào)控元件通常只有幾個核苷酸長,這使得從統(tǒng)計學(xué)角度估計它們的突變加速率特別困難。

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