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独特人类基因进化是平衡行为

发表时间:2023-01-18 16:05:40 互联网

人类和黑猩猩的DNA仅百分之一不同。人类加速区域(HAR)是基因组的一部分,美国研究人员分析了数以千计的人类和黑猩猩HAR,发现人类进化过程中积累的许多变化具有相反的影响。研究结果近日发表在《神经元》杂志上。

论文主要作者、格拉德斯通数据科学与生物技术研究所所长凯蒂·波拉德博士说,这有助于回答一个长期存在的问题,即为什么HAR在早期人类进化得如此之快。HAR的初始变化可能会过度提高其活性,然后需要将其调低。这些发现对理解人类进化具有重要意义。此外,研究发现许多HAR在大脑发育中发挥作用,表明人类HAR的变异可能使人们易患精神疾病。

绝大多数HAR不是基因,而是增强子,即控制基因活性的基因组调控区域。为研究人类与黑猩猩的HAR在增强子功能方面的区别,研究人员利用计算机程序,预测任何给定DNA片段是否为增强子的模式。最终,研究人员使用该模型预测出三分之一的HAR控制大脑发育。

每个HAR在人类和黑猩猩之间都有多重差异,因此研究人员怀疑HAR中的个体变异影响其增强子强度。研究人员利用第二种机器学习模型预测出,43%的HAR包含两个或更多具有较大相反效果的变体:给定HAR中的某些变体使其成为更强的增强子,而其他变化使HAR成为更弱的增强子。

研究人员将每个HAR融合到一个小的DNA条形码上。每次HAR激活,增强基因表达时,条形码就会转录成一段RNA。然后,研究人员使用RNA测序技术分析任何细胞中存在多少条形码,以表明HAR在该细胞中的活跃程度。当研究小组对人类和黑猩猩脑细胞前体中的700多个HAR进行实验时,数据模仿了机器学习算法的预测。

HAR变体在增强子水平上进行的“拉锯战”与已经提出的关于人类进化的理论非常吻合:人类物种的高级认知其实也是导致人类患上精神疾病的原因。

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