资讯 | 基因组测序解锁对灵长类动物新认知

2023-06-06 09:06:08 11

人类是灵长类动物。假如人类没有情感、不懂写诗,没有智慧、不会开车,我们很可能与我们的近亲,即黑猩猩、大猩猩和猩猩等,一起被归类为另一种类人猿。因此,了解现代灵长类动物的基因组、进化史、社会性,甚至是生态学,将极大地促进我们对自身的理解。

6月2日,国际期刊《科学》以封面研究专刊的形式介绍了灵长类动物基因组的重大系列进展。与我国研究团队组成联盟的还有来自美国贝勒医学院人类基因组测序中心、西班牙庞培法布拉大学联合演化生物学研究所和因美纳(Illumina)人工智能实验室的研究人员。这些国外团队的研究提供了对灵长类动物演化、生物多样性保护和人类疾病的新见解。

狒狒的种间基因流动可能揭示人类演化

杂交越来越被认为是在植物和动物中产生物种和表型多样性的重要进化力量。这在允许全基因组复制和倍增的品系中尤其常见。然而,在哺乳动物中,杂交物种形成的例子非常稀少。

国外团队的多项研究各有侧重,其中一项聚焦狒狒遗传中不同谱系的杂交。研究人员利用代表多个种群的225只狒狒的全基因组序列数据,确定了种群之间基因流动的几个新的地理位置。

这项研究的主要作者之一、德国灵长类中心的博士生张立业(音译)介绍,他所在的团队发现,坦桑尼亚西部的黄狒狒(P.cynocephalus)是第一种被证明接受了来自三个不同谱系的基因输入的非人灵长类动物。狒狒种群的进化动态表明,其它早期人科动物可能也有类似的复杂进化过程。

贝勒人类基因组测序中心的首席研究员兼副教授杰弗里·罗杰斯表示,这些结果表明,狒狒谱系的种群遗传结构和狒狒品系之间的基因渐渗历史比以前认为的更加复杂。这表明,在理解人类、尼安德特人和丹尼索瓦人进化方面,猩猩是一个很好的模型。

遗传多样性与物种灭绝风险不完全关联

高度的遗传多样性使物种能够更好地适应不断变化的环境条件。在小种群中,尤其存在近亲交配的风险,它们的遗传多样性因此减少。目前,已经有63%的灵长类物种面临灭绝的威胁。从遗传角度来看,对遗传多样性的分析能够告诉人们,哪些物种迫切需要保护。

为了调查物种灭绝风险和遗传多样性丧失是否存在相关性,西班牙庞培法布拉大学联合演化生物学研究所,对来自233种灵长类动物的809个个体基因组的重测序数据进行分析,这些数据涵盖了灵长类动物全部16个科、86%的属。

结果发现,跨家族和地理区域的物种内遗传多样性与气候和社会性有关,但与灭绝风险无关。这表明,灵长类的遗传多样性与物种灭绝风险不完全匹配,遗传多样性并不能完全表征物种的濒危程度。

此外,研究还表明,不同物种的突变率不同,这可能受到有效种群规模的影响。这项研究将为未来灵长类动物基因组的研究开辟更广泛的研究途径。

利用灵长类动物突变预测人类疾病风险

到目前为止,糖尿病和心脏病等许多常见疾病的遗传原因尚不清楚,这要么是因为遗传数据不足,要么是因为研究涉及大量的遗传和其他因素。

在另一项研究中,西班牙庞培法布拉大学联合演化生物学研究所、因美纳人工智能实验室组织多个课题组,鉴定出人类直系同源蛋白上430万个可能导致蛋白结构变化的基因变异位点。

在灵长类动物中发现的430万个错义突变中,研究人员发现,其中6%在人类疾病中可能是良性的,它们在灵长类动物种群中很常见,因此被认为对人类疾病的潜在影响很小。同时,在其他94%的变异中,研究人员使用了PrimateAI-3D深度学习算法,这是一种由因美纳团队开发的人工智能神经网络,用以判断人类可能出现的基因突变并预测其是否可能为良性突变。

因美纳首席研究员凯尔·法赫表示,他们发现,如果在一个病人身上发现了一个突变,并且在几种灵长类动物身上也发现了这种突变,那么,它可能不是导致疾病的原因;而如果在灵长类动物的基因组中发现罕见突变,那么它就非常有可能导致人类疾病。换句话说,常见变异可平均识别出更多可能患病的个体,而罕见变异则更容易识别出风险最高的异常个体。此外,其中一些罕见的突变本身就可能引起多基因病。

这一系列研究可帮助科学家进一步识别与灵长类动物不同的突变,这些突变可能是人类进化和使我们成为人类的独有特征。

人类基因组测序中心的创始主任、美国贝勒大学分子和人类遗传学讲座教授理查德·吉布斯表示,这些研究将比较基因组学带到了新的高度,它对人类生物学的理解和实际临床诊断问题的影响不言而喻。(来源:科技日报  张佳欣)