《細胞》：新一代測序技術幫助發現重復基因

日期：2012-05-07 08:25:21

來自華盛頓大學醫學院，加州大學舊金山分校的研究人員發表了題為“Evolution of Human-Specific Neural SRGAP2 Genes by Incomplete Segmental Duplication”的文章，利用新型測序技術，發現了將人類與親緣關系最近的靈長類動物區分開來的一種關鍵特征：一個基因的重復拷貝，這項成果公布在Cell雜志在線版上，與同期的另外一篇文章，共同揭示了這個人類獨有的基因拷貝的奧秘。

領導這一研究的是華盛頓大學醫學院Evan E. Eichler教授，這位人類遺傳學家入選了剛剛公布的美國2012年科學家新增院士，他與另外一位科學家共同聚焦于這個稱為SRGAP2的基因，這個基因在人類進化過程中至少復制了兩次，第一次是在350萬年前，而第二次是在250萬年前。

這項研究表明第二次最近的復制事件只產生了這個基因的部分拷貝，這個拷貝發生在精確時間，精確位置上，可以與原始基因相互作用，阻斷后者的功能。

之前并未發現過這個重復基因，原因是這些進化后的基因重復與原來的基因幾乎一樣，因此無法通過傳統的基因組測序方法檢測出來，近年來，隨著基因組測序技術的發展，研究人員才能夠有效的繪制出這些特殊拷貝。

“如果沒有這種不完全拷貝，也許就不會出現這種新現象了”，Eichler教授說，“我們的數據表明這種基因的不完全重復在‘出生時’就創造了一種新功能。”

有趣的是，這個似乎是作為化石記錄出現的新基因，表明了從人類已滅絕古猿（Australopithecus）祖先，到智人（genus Homo）發生了一種過渡，導致現代人的出現，這個時期也是我們祖先大腦開始擴充，認知能力發生巨大變化的時期。

研究人員并不認為單就是SPGAP2，就造成了大腦擴充，但是遺傳干擾實驗確實證明具有作用。另外一篇文章在小鼠中模擬了人類特異性SPGAP2拷貝的作用，結果發現缺失這種基因，會加速神經細胞在發育大腦中的遷移，幫助這些細胞到達最終目的地，而且SPGAP2功能降低的神經細胞表面也具有更多神經棘，或者其它擴展。

這項研究除了能幫助科學家們更進一步了解現代人大腦的起源，而且也為一些常見的神經發育疾病，比如自閉癥，癲癇和精神分裂癥等提供了新線索，這些疾病的神經連接發育出現了問題。研究人員指出對于結構大腦缺陷，以及其他癥狀的病例，可以追蹤其祖先SRGAP2基因的中斷，他們正在嘗試尋找患有人類特異性“孫女”拷貝缺陷的病人。

如果這個基因拷貝確實在進化過程中產生了立竿見影的作用，研究人員認為那么在人類認知和行為“巨大變化”的歷史進程中，必定存在一個有趣的時期。SRGAP2和其它人類特異性基因拷貝也許也有助于解釋為什么人類與其它靈長類動物的基因組序列中這么少的差別，卻能帶來如此大的差異。

“我們可能一直在尋找的，解釋人類和巨猿差異的突變類型搞錯了”，Eichler說，“這些大型復制事件可能會造成大腦發育和功能上的巨大進步。”

Eichler教授研究組研發了一種新算法，能對重復基因組序列拷貝數和其含量進行計算，他們將這種方法命名為mrFAST, 即微視快速算法搜索工具。

這種方法采用新一代DNA測序技術，首次可以進行重復片段中可變拷貝數提供了精準的統計。這種方法可以統計一個人是否含有1個、2個、3個或者更多的基因拷貝。許多標準基因組分析并沒有包括人類基因組重復片段的分析，因為這些序列并不是唯一的。