現代人類(lèi)（智人）與其近親大猩猩之間存在顯著(zhù)的表型特征差異，其中最重要的差異在于人類(lèi)大腦新皮層（neocortex）的擴張以及神經(jīng)元連接的復雜性增加，這使得人類(lèi)得以發(fā)展出諸如閱讀和語(yǔ)言等新的認知能力。
之前的研究發(fā)現了一些與人類(lèi)擁有最強大腦相關(guān)的單核苷酸突變，包括 FOXP2 基因和人類(lèi)加速進(jìn)化區域（HAR），但大多數排名靠前的候選基因是由片段重復（廣泛存在于基因組中的長(cháng)度大于 1 kb 且序列相似性超過(guò) 90% 的 DNA 大片段，其中包含重復基因以及調控元件，約占人類(lèi)基因組的 8%）造成的。片段重復能夠產(chǎn)生具有相同功能、功能改變或與保守的祖先基因旁系同源物相拮抗的新基因旁系同源物，并且在物種間的遺傳差異中所起的作用比單核苷酸突變更大。此外，它們在形成神經(jīng)特征方面十分重要，可能促進(jìn)了人類(lèi)大腦進(jìn)化，但由于這些重復序列在對人類(lèi)基因組序列組裝時(shí)的錯誤，導致大多數重復基因的功能仍未得到表征。
2025 年 7 月 21 日，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Human-specific gene expansions contribute to brain evolution 的研究論文。
該研究表明，人類(lèi)特有的重復序列基因，對人類(lèi)大腦進(jìn)化有所貢獻，其中，GPR89B 基因通過(guò)劑量依賴(lài)性機制推動(dòng)大腦體積的擴張；FRMPD2B 基因則通過(guò)改變突觸信號轉導調控神經(jīng)連接復雜性。
2022 年，端粒到端粒聯(lián)盟（T2T）利用長(cháng)讀長(cháng) DNA 測序技術(shù)，破解了人類(lèi)基因組中未被測序的 8% 片段重復區域，成功組裝了完整無(wú)間隙的人類(lèi)基因組序列--T2T-CHM13，填補了人類(lèi)基因組草圖中包括端粒、著(zhù)絲粒等關(guān)鍵區域的空白，并糾正了數千個(gè)結構錯誤。
在這項新研究中，研究團隊利用 T2T-CHM13，鑒定出了 213 個(gè)人類(lèi)特有的基因家族。在所有受測試的現代人類(lèi)基因組和大腦轉錄組中，從中發(fā)現了 362 個(gè)旁系同源基因，這使它們成為塑造人類(lèi)普遍大腦特征的首要候選基因。通過(guò)對數百名現代人類(lèi)的長(cháng)讀長(cháng) DNA 測序，研究團隊選擇了一組同源基因的子集，揭示了此前被隱藏的選擇信號，其中包括 T 細胞標志物 CD8B。
為了了解這些基因在大腦發(fā)育中的作用，研究團隊在斑馬魚(yú)模型中 CRISPR 敲除了 9 個(gè)直系同源基因，并引入了編碼旁系同源基因的 mRNA，從而構建了人源化斑馬魚(yú)幼魚(yú)。在此模型基礎上的結果表明，有兩個(gè)基因可能對人類(lèi)大腦的標志性特征有所貢獻--GPR89B 基因通過(guò)劑量依賴(lài)性機制推動(dòng)大腦體積的擴張；FRMPD2B 基因則通過(guò)改變突觸信號轉導調控神經(jīng)連接復雜性。
該研究的核心發(fā)現：
在 T2T-CHM13 基因組中鑒定出 1002 個(gè)人類(lèi)重復的旁系同源基因；
148 個(gè)基因家族可能是人類(lèi)大腦進(jìn)化的驅動(dòng)因素；
某些旁系同源基因表現出顯著(zhù)的選擇特征，其中包括 T 細胞標志物 CD8B；
斑馬魚(yú)模型顯示人類(lèi)特有的 GPR89B 和 FRMPD2B 影響大腦表型。
總的來(lái)說(shuō)，該研究采用的系統性方法，為研究基因重復在人類(lèi)大腦進(jìn)化中的驅動(dòng)因素提供了新見(jiàn)解和全面資源。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00739-1
合作咨詢(xún)
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博華國際展覽有限公司版權所有（保留一切權利）
滬ICP備05034851號-57
