古代人类基因组的新观点
CK编译
日期：2021年4月26日
来源：斯坦福大学
总结：研究人员在一个新的细节层次上研究了现代人类和我们最近祖先之间的14000个基因差异。他们发现基因激活的差异——不仅仅是遗传密码——可能是大脑和声道进化的基础。
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尼安德特人（前景）与现代人类的头骨。图片来源：©Bruder / stock.adobe.com
基因组本身就像是没有厨师的食谱-充满重要信息，但需要解释。因此，即使我们已经对我们最近灭绝的亲戚（尼安德特人和丹尼索瓦人）的基因组进行了测序，但是关于我们基因组的差异实际上如何导致生理特征差异的问题，仍有许多未知数。
斯坦福大学生物学博士后研究员戴维·高克曼（David Gokhman）表示：“当我们研究古老的基因组时，我们并没有从现今的个体样本中获得所有帮助我们解释通基因组调控的层次和标记，例如RNA或细胞结构。”
他说：“我们只有裸露的DNA序列，我们唯一能做的就是凝视它，并希望有一天我们能够理解它的含义。”
在这种希望的激励下，斯坦福大学和加利福尼亚大学旧金山分校（UCSF）的一组研究人员设计了一种新方法，可以从远古人类的基因组中获取更多信息，从而有可能揭示我们与他们之间基因组差异的物理后果。
他们的工作成果于4月22日发表在eLife上，重点研究与基因表达相关的序列-基因被激活或沉默的过程，决定何时，如何以及在何处遵循DNA的指示。基因表达往往是决定紧密相关群体之间生理差异的遗传细节。
从现代人独特的14042种遗传变异开始，研究人员发现407种特别有助于现代人与古人类之间的基因表达差异有特殊贡献。在进一步的分析中，他们确定这些差异更可能与声道和小脑有关，后者是我们大脑中接收感官信息并控制自主运动的部分，包括行走，协调，平衡和言语。
人文与科学学院的米歇尔和凯文·道格拉斯教授德米特里·彼得罗夫（Dmitri Petrov）说：“您能从我们掌握的信息打个类似'我认为语音箱已经演变了'这样的电话似乎太不可思议了。这些预测几乎是科幻小说。如果五年前有人告诉我这是可能的，那么我就不会为此投入这么多钱了。”该论文与Gokhman和UCSF生物工程学教授Nadav Ahituv共同发表。
通往现代人类的道路
由于要检测如此多的变体，研究人员依靠一种称为“大规模平行报告基因分析”的技术来测试哪些序列实际上影响基因调控。由Ahituv开发的此技术的版本涉及将DNA序列变体包装到病毒内部的“报告基因”中。然后将该病毒放入细胞中。如果这种变体影响基因表达，则报告基因会产生条形码分子，以识别其来源的DNA序列。这种条形码使研究人员可以一次扫描大量变体的产品。
本质上，整个过程模仿了每个变体在现实生活中如何在细胞中发挥作用的简化版本并报告结果。
加州大学旧金山分校的研究生拉纳·哈什曼（Lana Harshman）是该论文的共同主要作者，他使用该团队的变异病毒包感染了三种细胞。这些细胞与大脑，骨骼和早期发育有关-这些研究对象最有可能揭示我们与我们最近的祖先之间的进化差异。彼得罗夫实验室的博士后学者，论文的主要共同作者卡莉·韦斯（Carly Weiss）分析了这些实验的结果。
研究人员总共发现了407个序列，这些序列代表了与我们前辈相比在现代人类中表达的变化。在该列表中，影响小脑的基因和影响语音盒，咽，喉和声带的基因的比例似乎过高。
戈赫曼说：“这将暗示这些器官的某种快速进化，或某种特定于现代人类的路径。” 他补充说，下一步将试图更多地了解这些序列及其在现代人类进化中所起的作用。
彼得罗夫说，即使有这些未知因素，这项技术本身也是进化研究的重大进步。
彼得罗夫说：“这超出了从尼安德特人和丹尼索瓦人骨骼DNA的测序。这开始为这些差异赋予意义。” “这是一个重要的概念性步骤，从单纯的序列——没有组织，没有细胞——到生物学信息，将使许多未来的研究成为可能。”
斯坦福大学生物学副教授亨特·弗雷泽（Hunter Fraser）和井上富贵（UCSF）也是该论文的合著者。弗雷泽还是斯坦福Bio-X，母婴健康研究所（MCHRI）和斯坦福癌症研究所的成员。Petrov还是Stanford Bio-X和母婴健康研究所（MCHRI）的成员，也是Stanford Woods环境研究所的附属机构。
这项研究由人类前沿，罗斯柴尔德和祖克曼研究金资助；国家人类基因组研究所；国立精神卫生研究所；上原纪念基金会；以及斯坦福大学计算，进化和人类基因组学中心（CEHG）。
故事来源：
斯坦福大学提供的材料。原著由泰勒·久保田（Taylor Kubota）撰写。注意：可以编辑内容的样式和长度。
期刊参考：
卡莉·韦斯（Carly V Weiss），拉娜·哈什曼（Lana Harshman），井上富贵（Fumitaka Inoue），猎人B·弗雷泽（Hunter B Fraser），德米特里（Dmitri A Petrov），纳达夫·阿基特（Nadav Ahituv），大卫·高赫曼（David Gokhman）。现代人类特异性变体的顺式调节作用。eLife，2021年；10个DOI：10.7554 / eLife.63713
引用：斯坦福大学。“关于古人类基因组的新观点。” 科学日报。ScienceDaily，2021年4月26日。<www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210426154805.htm>。