全球熱點(diǎn)！差異達(dá)40倍！我國科學(xué)家解密脊椎動(dòng)物世代間DNA突變界限

科普時(shí)報(bào)記者 胡利娟

突變率作為遺傳變異的最終來源和生物演化的重要驅(qū)動(dòng)力，一直是演化生物學(xué)和醫(yī)學(xué)基因組學(xué)的重點(diǎn)關(guān)注對象。浙江大學(xué)的張國捷團(tuán)隊(duì)近日發(fā)布了對脊椎動(dòng)物隔代突變率的研究成果，這是迄今為止對脊椎動(dòng)物新生突變率最廣泛的研究，研究團(tuán)隊(duì)通過跨物種的比較分析，揭示了不同物種胚系突變率差異的根本原因和演化規(guī)律。相關(guān)成果于3月2日發(fā)表在《自然》（Nature）期刊上。

圖為胚系變率在68種脊椎動(dòng)物中的差異分布 張國捷團(tuán)隊(duì)供圖

(資料圖片僅供參考)

生物產(chǎn)下的后代可能產(chǎn)生與父母不同的新性狀，其根本原因在于生殖細(xì)胞的DNA突變導(dǎo)致了代際之間的基因組產(chǎn)生了差異。

專家介紹，以人為例，和父母相比，每一個(gè)子女大約攜帶44-82個(gè)新產(chǎn)生的突變，相當(dāng)于每一代間的每個(gè)DNA堿基產(chǎn)生突變的頻率是9.3x10-9-1.4x10-8。突變率大小影響著物種長遠(yuǎn)的演化能力，但是過多的突變會(huì)造成個(gè)體出現(xiàn)疾病而對生存造成影響，因此物種在每一代產(chǎn)生的突變數(shù)量存在一定的界限。

在不同物種中，這種代際間新發(fā)突變產(chǎn)生的頻率并不相同，其原因一直困擾著生物學(xué)家。研究這個(gè)問題對理解DNA突變的產(chǎn)生機(jī)制和細(xì)胞癌變的機(jī)制也有重要借鑒意義。

論文第一作者，來自丹麥哥本哈根大學(xué)的博士后研究員露西·伯杰龍博士表示，“我們通過對涵蓋哺乳動(dòng)物、鳥類、爬行類和魚類等68種脊椎動(dòng)物323個(gè)家系的高深度基因組測序分析，利用我們建立起來的統(tǒng)一分析方法對每個(gè)物種新生突變的發(fā)生率進(jìn)行了準(zhǔn)確的測量，為理解新發(fā)突變發(fā)生率的種間差異提供了基礎(chǔ)。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，不同物種每一代生殖細(xì)胞產(chǎn)生的突變率相差可達(dá)到40倍。平均而言，爬行動(dòng)物和鳥類每一代的突變率要高于哺乳動(dòng)物和魚類。然而，伯杰龍博士評價(jià)說，“考慮到這些物種之間生活史特征的巨大差異，40倍并不算非常大的差異，說明脊椎動(dòng)物有比較相似的機(jī)制引發(fā)生殖細(xì)胞的DNA變異。”

在生物學(xué)界存在一個(gè)被稱為“雄性驅(qū)動(dòng)演化假說”的著名理論。該理論認(rèn)為在哺乳動(dòng)物和鳥類中，雄性的生殖細(xì)胞分裂的次數(shù)要比雌性大得多，這就導(dǎo)致了胚系突變率在同一物種不同性別之間出現(xiàn)了偏差。或者說，在你所產(chǎn)生的新變異中，主要是來自父親的基因組發(fā)生的突變。

“但父母雙方分別貢獻(xiàn)了多大比例，我們依然知之甚少。”論文通訊作者，浙江大學(xué)生命演化研究中心張國捷教授表示，我們的研究在這一問題上獲得了更全面的認(rèn)識(shí)，并對這一理論提出了補(bǔ)充。在鳥類后代中新出現(xiàn)的突變，大約75%是來自于父親生殖細(xì)胞的變異，哺乳動(dòng)物中這一比例大約是67%。而在冷血?jiǎng)游锏聂~類和爬行類動(dòng)物中，雌雄雙方對后代新生變異的貢獻(xiàn)接近一致。

該研究還分析了物種間的生活史特征的差異對突變率的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)物種的性成熟年齡越早，或者每一代的后代數(shù)目越多，這個(gè)物種生殖細(xì)胞的每一代突變率就越低。在人工飼養(yǎng)的動(dòng)物中，由于適合生育的生殖年齡降低，馴化品種相對于野生物種在生殖細(xì)胞中具有更高的年均突變率。

圖為相對于魚類和爬行類，在鳥類和哺乳動(dòng)物后代的新生突變中，雄性的貢獻(xiàn)比例遠(yuǎn)超雌性。張國捷團(tuán)隊(duì)供圖

此外，研究證明，遺傳漂變對物種胚系突變率也存在影響，即當(dāng)物種有效種群規(guī)模越大，每一代新突變的產(chǎn)生速率就越低，該結(jié)果為漂變屏障假說提供了重要證據(jù)。

張國捷總結(jié)說，“胚系突變是物種演化的最源頭的動(dòng)力，突變率大小影響物種的演化潛力，對物種產(chǎn)生新的有利或者不利的性狀具有重要影響。我們的研究表明，突變率本身如同其他生物性狀一樣在不同物種之間存在差異，同時(shí)在宏觀演化過程中，也會(huì)受到其他生物性狀的影響”。

標(biāo)簽： 生殖細(xì)胞 脊椎動(dòng)物 哺乳動(dòng)物