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别山的“猴子”帮助人类进化谜题

科技日报记者 赵汉斌。猴子

编者按。别山 人类是助人如何起源的?社会行为是如何形成的?聪明的大脑是如何进化的...科学家们在回答关于人类的重要谜题时,关注人类的类进“近亲”—非人类灵长类动物。6月2日,化谜发表了11篇关于非人类灵长类动物起源和进化的猴子论文,使人类更接近解决谜题。别山

视觉中国供图。助人

非人类灵长类动物是类进人类的近亲,也是化谜研究人类复杂性状起源和进化的关键群体。

近年来,猴子随着分子生物学的别山发展,人们有能力通过基因研究回答灵长类动物与人类独特身体结构特征演变的助人相关问题,但研究进展缓慢。类进

“为了填补灵长类遗传资源和进化生物学机制的化谜不足,我们于2018年与国内外多家科研单位合作,启动了灵长类基因组计划(PGP)。中国科学院昆明动物研究所研究员吴东东告诉《科技日报》。

近年来,联合研究团队开展了一系列原创性研究,围绕基因组学和复杂性进化、基因组多样性、社会系统复杂性、物种形成、疾病变异位点进化等重大科学问题,取得了重大成果。6月2日,在《科学》、《科学·进步》、《自然·生态与进化》等国际期刊上发表了11篇重磅论文。

灵长类基因组计划联盟应运而生。

作为灵长类的一员,人类一直关注非人类灵长类动物的起源和进化。灵长目是哺乳动物中最丰富的类群之一,包括16科82属520多种,仅次于翼手目和啮齿目,仍有新物种不断被发现。

几乎所有的灵长类动物都是关键的保护动物,如长臂猿和云南金丝猴,它们是生物多样性保护的旗舰物种。然而,目前,全球灵长类物种的丰富性和数量正面临着前所未有的严峻挑战。

非人灵长类作为实验动物,是连接基础研究和临床实践的关键桥梁。吴东东说,分析和重构灵长类祖先在现代人类进化过程中的基因组变异图是理解人类进化生物学不可或缺的一部分,也是该领域研究的热点问题。

“非人类灵长类动物在生物学、演化学、药理学等领域发挥着重要作用,但在520多个物种中,只有不到10%的参考基因组被测序和解释。浙江大学生命进化研究中心教授张国杰表示,测序的缓慢进展极大地限制了人们对非人类灵长类动物基因组进化、适应性进化和分子生物学的深入探索,这需要合作和创新。

基于此,2018年,吴东东等人发起的灵长类基因组计划吸引了国内外众多同行的响应和参与。除吴东东团队和张国杰团队外,西北大学生命科学学院齐晓光教授团队、云南大学生命科学院李宇研究员团队以及西班牙、美国、丹麦和德国的团队也加入并形成了联盟。

“联盟最大的亮点是我们生成基本数据并拥有所有权,但数据是公开的,可以在全球科学界共享。联盟成员有自己感兴趣的问题,独立工作,同时合作。吴东东说,他们的最终目标是收集520多种灵长类动物的基因组数据,尽管这并不容易。

联盟成立以来,克服了数据庞大、计算能力不足、疫情中样本采集困难等诸多问题,调用了全国5个超级计算中心,产生了11个科目26个属于27个灵长类物种的高质量参考基因组,整合了其他23个物种公布的参考基因组,开展了迄今为止最大、最完整的灵长类比较基因组学研究。

揭示灵长类的起源和进化史。

人类属于简鼻亚目中的狭鼻,与黑猩猩、红毛猩猩、大猩猩等大猿关系密切。这种丰富多样的灵长类动物是什么时候起源的?它们的演变受到了什么影响?猴子是怎么变成猿的,猿又是怎么变成人的?

吴东东、张国杰、齐晓光、于黎等人基于50个灵长类动物种的高质量基因组数据,开始了解决灵长类动物起源和进化问题的新征程。

“通过构建现生灵长类全基因组水平系统发育树和分子钟,我们发现灵长类的共同祖先最近出现在6495万年至6829万年前。吴东东说,这一范围与著名的生物灭绝事件重叠,如白垩纪恐龙-第三纪恐龙,表明灵长类早期可能受到这一事件的影响。

“过去所理解的物种起源过程是一种“二叉树”模式,即将一个物种分为两个物种。新的研究也纠正了这一观点。张国杰告诉记者,这项研究的另一个重要结果是,猕猴群中首次发现跨物种的亲密交流,甚至杂交产生新物种。于黎教授的团队揭示了黔金丝猴的杂交起源。

灵长类染色体进化经历了哪些过程?猴子有尾巴,猿为什么不呢?如何将灵长类的各种特征演变“投射”到基因组的变化...所有这些都是迷人的问题,研究团队在这些问题上都取得了突破。

不仅如此,研究小组还发现并分析了灵长类艾滋病模型的机制,打破了制约艾滋病研究的关键瓶颈。

联盟集团形成了集约优势,取得了重大突破。

6月2日,联盟成员的8篇论文以专刊的形式发表在《科学》期刊上,与《基因组学分析对灵长类进化的洞察》一起;此外,同日还有两篇论文发表在《科学·进步》中,一篇发表在《自然·生态与进化》中。

在创新中,为人类未来的发展奠定基础。

由于最新的研究采用了更多的染色体级原猴物种,基因测序的组装质量非常高,弥补了过去数据不足导致结果偏差的不足。

通过对不同灵长类进化分支的系统生物学进行比较,研究小组还发现了成千上万的分支特异性基因组变异,这些变异与灵长类不同分支的特殊功能和表面进化有关,如灵长类动物大脑、体型、骨骼、感官、食性等复杂特征的进化。

以大脑为例,传统认知认为,成为智人后,人的大脑容量会逐渐增大,其实不然。张国杰告诉记者,他们发现了许多相关的基因证据,证明灵长类动物的大脑体积在漫长的进化过程中发生了显著的变化。大脑容量的增加与这些动物的智力水平有关,也反映了它们在进化过程中适应环境的能力。

研究团队重构了从灵长类共同祖先到现代人类基因组的染色体结构,发现灵长类祖先和现代人类具有保守的核特征。然而,他们在类人猿下目祖先8号染色体中发现了一种新的染色体融合事件,这可能对高等灵长类的创新进化具有重要意义。

“一方面,我们研究非人灵长类动物来保护它们;另一方面,它们也可以用来探索人类的一些特征。吴东东告诉记者,一些脑病的发生,如人类自闭症、精神分裂症等,实际上与人类大脑的进化密切相关。因此,对灵长类早期到现代人的整个过程进行分析和重构,可以对人类本身有更全面的了解。

“基于高质量、大规模的非人灵长类基因组分析,我们几乎可以推测人体内每一个基本碱基的进化信息。张国杰说,面对人类健康、疾病甚至罕见疾病,灵长类基因组提供了大量资源,告诉我们哪个节点发生了变化,为人类特殊特征的起源、发展和疾病医学研究提供了重要的遗传材料和候选人目标。

此外,这些重大科学突破对制定灵长类动物多样性保护政策、开发和利用遗传资源具有重要的指导和现实意义。

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