他山之“猴”，助解人類演化謎題_報道
人類是如何起源的？社會行為是如何形成的？聰明的大腦是如何演化而來的……在解答關(guān)于人類的重要謎題時，科學(xué)家把目光投向人類的“近親”—非人靈長類動物。6月2日，11篇關(guān)于非人靈長類動物起源和演化的論文齊發(fā)，讓人類離破解謎題更近一步。
非人靈長類動物是人類的近親，也是研究人類復(fù)雜性狀起源與進(jìn)化的關(guān)鍵類群。
隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，近年來人們已經(jīng)有能力通過基因研究來回答靈長類動物和人類獨特的身體結(jié)構(gòu)特征演變的相關(guān)問題，但研究進(jìn)展緩慢。
(資料圖)
“為了填補靈長類遺傳資源和進(jìn)化生物學(xué)機制方面的不足，我們在2018年攜手國內(nèi)外多家科研單位，發(fā)起靈長類基因組計劃（PGP）。”該計劃發(fā)起人、中國科學(xué)院昆明動物研究所研究員吳東東告訴科技日報記者。
幾年來，圍繞靈長類大尺度比較基因組學(xué)和復(fù)雜性狀演化、基因組多樣性、社會系統(tǒng)復(fù)雜性、物種形成、疾病變異位點演化等重大科學(xué)問題，聯(lián)合研究團(tuán)隊開展了系列原創(chuàng)性研究，并取得了重大成果。11篇重磅論文于6月2日發(fā)表在《科學(xué)》《科學(xué)·進(jìn)展》《自然·生態(tài)與演化》等國際期刊上。
挑戰(zhàn)中，靈長類基因組計劃聯(lián)盟應(yīng)時而生
作為靈長類中的一員，人類一直關(guān)注著非人靈長類動物的起源和演化。靈長目是哺乳動物中種類最豐富的類群之一，包括16科82屬520余種，僅次于翼手目和嚙齒目，且目前依然有新物種不斷被發(fā)現(xiàn)。
幾乎所有靈長類動物都是重點保護(hù)動物，像長臂猿、滇金絲猴等都是生物多樣性保護(hù)的旗艦物種，但目前，全球靈長類物種豐富度和群體數(shù)量正遭受前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
“作為實驗動物，非人靈長類是連接基礎(chǔ)研究和臨床的非常關(guān)鍵的橋梁。”吳東東說，解析和重構(gòu)靈長類祖先到現(xiàn)代人類進(jìn)化過程中的基因組變異圖譜，是理解人類進(jìn)化生物學(xué)不可或缺的一部分，也是該領(lǐng)域研究的熱點問題。
“非人類靈長類動物在生物學(xué)、演化學(xué)、藥理學(xué)等領(lǐng)域中扮演著重要的角色，但520多個物種中，僅有不到10%的參考基因組得到測序和解讀。”浙江大學(xué)生命演化研究中心教授張國捷說，測序進(jìn)展緩慢大大限制了人們對非人靈長類動物的基因組演化、適應(yīng)性演化以及分子生物學(xué)方面的深入探究，這需要協(xié)作與創(chuàng)新。
基于此，2018年，吳東東等人發(fā)起的靈長類基因組計劃吸引了眾多國內(nèi)外同行響應(yīng)和參與，除了吳東東團(tuán)隊和張國捷團(tuán)隊，西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院齊曉光教授團(tuán)隊、云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院于黎研究員團(tuán)隊等國內(nèi)團(tuán)隊，以及來自西班牙、美國、丹麥、德國的團(tuán)隊紛紛加入，結(jié)成聯(lián)盟。
“聯(lián)盟最大的亮點是我們產(chǎn)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并擁有所有權(quán)，但數(shù)據(jù)又是公開的，全球科學(xué)界可共享。聯(lián)盟成員有各自感興趣的問題，獨立開展工作，同時又有協(xié)作。”吳東東說，他們的終極目標(biāo)是把520多種靈長類動物的基因組數(shù)據(jù)都采集到，雖然這不是件容易的事。
聯(lián)盟成立以來，克服了數(shù)據(jù)龐大、算力不足、疫情中樣本采集難等重重難題，調(diào)用全國范圍內(nèi)的5個超算中心，新產(chǎn)生了來自11個科26個屬27個靈長類物種的高質(zhì)量參考基因組，同時整合另外23個物種已公布的參考基因組，開展了迄今為止規(guī)模最大、物種最全的靈長類比較基因組學(xué)研究。
砥礪中，揭示靈長類起源與演化史
人類屬于簡鼻亞目中的狹鼻類，與黑猩猩、紅毛猩猩、大猩猩等大猿的親緣關(guān)系較近。如此豐富多樣的靈長類動物是從何時起源的？它們的演化又受到過哪些影響？猴是怎么變?yōu)樵?，猿又是怎么變?yōu)槿说模?/p>
基于50個靈長類動物物種的高質(zhì)量基因組數(shù)據(jù)，吳東東、張國捷、齊曉光、于黎等人開始了破譯靈長類動物起源與演化謎題的新征程。
“通過構(gòu)建現(xiàn)生靈長類全基因組水平系統(tǒng)發(fā)育樹和分子鐘，我們發(fā)現(xiàn)靈長類最近共同祖先出現(xiàn)在距今約6495萬年至6829萬年前。”吳東東說，這一區(qū)間與我們熟知的白堊紀(jì)—第三紀(jì)恐龍等生物大滅絕事件重疊，提示靈長類早期可能受這一事件的影響。
“過去所理解的物種起源過程，是一種‘二叉樹’式的，就是由一個物種分化成兩個物種的模式，新研究也校正了這一觀點。”張國捷告訴記者，此番研究還有一項重要成果，就是首次發(fā)現(xiàn)在獼猴類群中存在跨物種的親密交流，甚至雜交產(chǎn)生一個新的物種。于黎教授團(tuán)隊此次就揭示了黔金絲猴的雜交起源問題。
靈長類的染色體演化經(jīng)歷了哪些歷程？猴子有尾巴而猿類怎么沒有？靈長類各種性狀演化如何“投射”到基因組變化上……這些無一不是令人著迷的問題，研究團(tuán)隊在這些問題上都取得了突破。
不僅如此，研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)和解析了靈長類艾滋病疾病模型的機制，打破了制約艾滋病研究的關(guān)鍵瓶頸。
聯(lián)盟組團(tuán)，形成了集約優(yōu)勢，產(chǎn)生了重大突破。
6月2日，與《基因組學(xué)分析提供了對靈長類演化的洞見》論文一道，共有8篇聯(lián)盟成員的論文以?？问桨l(fā)表在《科學(xué)》期刊上；此外，同日還有2篇論文發(fā)表在《科學(xué)·進(jìn)展》，1篇發(fā)表在《自然·生態(tài)與演化》上。
創(chuàng)新中，厚植人類未來發(fā)展之基
由于這次的最新研究采用了更多染色體級別的原猴物種進(jìn)行研究，基因測序的組裝質(zhì)量非常高，彌補了過去數(shù)據(jù)不足導(dǎo)致結(jié)果偏差的缺憾。
通過對不同靈長類演化支系的系統(tǒng)生物學(xué)比較，研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)了數(shù)以千計的支系特異性基因組變異，這些變異與靈長類不同支系的特殊功能和表型演化有關(guān)，例如靈長類動物大腦、體型、骨骼、感官、食性等復(fù)雜性狀的演化。
“以大腦為例，傳統(tǒng)認(rèn)知認(rèn)為，在成為智人之后，人的腦容量才慢慢變大，其實不然。”張國捷告訴記者，他們找到了眾多相關(guān)基因證據(jù)，證明在漫長的演化過程中，靈長類動物大腦體積的變化非常顯著。而腦容量增大與這些動物的智力水平相關(guān)，同時也反映了它們在演化中適應(yīng)環(huán)境的能力。
研究團(tuán)隊重構(gòu)了從靈長類共同祖先到現(xiàn)代人類基因組的染色體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)靈長類祖先和現(xiàn)代人類具有保守的核型特征。但他們在類人猿下目祖先8號染色體發(fā)現(xiàn)了一個新的染色體融合事件，這可能對高等靈長類的創(chuàng)新演化具有重要意義。
“我們研究非人靈長類動物，一方面當(dāng)然是為了保護(hù)它；另一方面，也可以用來探究人類的一些特征。”吳東東告訴記者，比如人類自閉癥、精神分裂癥等一些大腦疾病的發(fā)生，其實跟人類大腦的進(jìn)化息息相關(guān)。因此，解析重構(gòu)靈長類早期到現(xiàn)代人的整個歷程，可更全面地洞悉人類自身。
“基于高質(zhì)量、大尺度的非人靈長類基因組分析，我們幾乎可以推測人身上每一個基礎(chǔ)堿基的演化信息。”張國捷說，面對人類的健康、疾病甚至罕見病，靈長類基因組提供了非常多資源，來告訴我們哪個節(jié)點出現(xiàn)了變化，為人類特殊性狀的起源、發(fā)育以及疾病醫(yī)學(xué)研究提供了重要遺傳學(xué)材料和候選分子靶標(biāo)。
此外，這些重大科學(xué)突破，對靈長類動物多樣性保護(hù)政策制定、遺傳資源的開發(fā)和利用具有重要指導(dǎo)和現(xiàn)實意義。
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