对比240种哺乳动物基因：人类何以成为人类？
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽，原文标题：《对240种哺乳动物进行基因测序后，发现了什么？》，题图来自：视觉中国
人类具有非常庞大的基因组，然而，科学家却并不知道它的全部功能。比较基因组学是一个非常有用的工具，它不仅可以揭示一些物种为何具有某些非凡的特征，还可以帮助科学家更好地理解人类基因组的功能部分，以及它们如何影响健康和疾病。
在过去的1亿年里，哺乳动物已经适应了地球上的几乎所有环境。现在，由150多名研究人员组成的Zoonomia国际合作组，对从全球50多个不同机构收集到的240个哺乳动物物种的DNA进行了测序。
利用Zoonomia的数据，研究人员对哺乳动物基因组的多样性进行了编目，并为与人类疾病、哺乳动物的生命轨迹等有关的问题提供了解答。
4月28日，合作组将他们的研究成果，以11篇论文的形式刊登在了《科学》杂志的特刊上。在这些研究中，有哪些值得关注的新发现呢？
保守的基因组
在几百万年的进化历程中，哺乳动物身上的那些最保守的基因组区域，被认为具有重要的生物学意义。这些区域有着最少的变化，它们与胚胎发育和RNA表达调控有关。
在一篇论文中，研究人员发现，至少10%的人类基因组在不同物种之间是高度保守的。其中，有4552个长度至少为20个碱基的部分，在这项研究所涉及的98%以上的哺乳动物物种中，是几乎完全相同的。
此外，研究人员还识别了一些与特殊的细胞恢复能力或特殊特征相关的碱基，这些能力和特征包括拥有特别大的脑、在数千米之外都能轻松闻到微弱气味，以及在冬天冬眠等。
从保护生物多样性的角度看，研究人员还发现，在基因组的保守位点上有着更少的遗传变化的哺乳动物，面临更大的灭绝风险。
对疾病的见解
在癌症患者身上，科学家可以在基因组中发现斑驳的突变。随着癌症发展，这些基因变化往往会累积起来。但我们很难知晓是哪些突变触发或推动了疾病的发展。Zoonomia的数据可以帮助科学家确定应该关注哪些变化。
在另一篇论文中，研究人员检测了髓母细胞瘤中的突变，这是一种主要影响儿童的恶性脑肿瘤。他们聚焦在一些新发现的最保守的单碱基基因组区域，并将它们与先前用其他方法确认的和癌症等疾病有关的基因变异进行了比较。
研究小组发现，与其他方法相比，他们的方法揭示了更多遗传变异与其功能之间的联系，并发现了可能导致包括癌症在内的罕见疾病和常见疾病的突变。因此，寻找不同物种之间不变的DNA片段，将是识别对所有动物都至关重要的DNA片段的有力策略。
跳跃基因
几十年来，科学家们已经知道，生物体基因组的一些片段可以从一个位置“跳跃”到另一个位置。
在Zoonomia的一项研究中，研究人员估计了哺乳动物基因组中有多少是可移动的。他们发现，在分析的数百种哺乳动物中，食蚁兽的基因组中有着最多的“跳跃基因”，这些可移动的部分几乎构成了食蚁兽基因组的75%。
在这一点上，食肉哺乳动物也表现突出。与非食肉动物相比，肉食动物倾向于积累更多的跳跃基因。研究人员猜测，这可能是因为肉食动物在作为捕食者时，能以某种方式从它们所吃的猎物那里获得DNA。这表明动物的生态环境，尤其是它们吃了什么，可以决定基因组的进化。
骁勇的雪橇犬
1925年，一只名叫巴尔托的哈士奇雪橇犬，为阿拉斯加诺姆市的儿童运送白喉药物而一举成名。它是如何在阿拉斯加的恶劣环境中生存下来的？
在这次刊登的一篇论文中，研究人员通过分析从巴尔托的遗骸中提取到的DNA，为这只雪橇犬的骁勇提供了一个基因解释。
著名的雪橇犬“巴尔托”，它的基因变异可能帮助它在20世纪20年代的阿拉斯加生存下去。（图/BROWN BROTHERS/WIKIMEDIA COMMONS）
研究人员在论文中称，巴尔托是一只适应了该地区恶劣环境的狗，它很可能有更强的消化淀粉的能力，并且携带相对较少的潜在破坏性突变。与现代狗相比，它的近亲繁殖度也更小，这表明它的种群在基因上是健康的。
研究人员还发现了与骨骼和皮肤发育有关的基因变异。他们不能确定这些变异能提供什么优势，但认为它们有可能给了巴尔托坚实的脚垫，使它更能忍受寒冷。
脑的秘密
长期以来，科学家一直在寻找使人类有别于其他动物的DNA。这次，研究人员通过观察哺乳动物的基因组，以及人类基因组中经历了许多变化的区域，发现了一些线索。
他们聚焦在人类比其他哺乳动物进化得更快的基因组区域，并认为人类基因组的折叠方式，使快速变化的区域在物理上更接近与脑的发育有关的基因。这种接近可能最终会激活基因活动，进而可能改变人类脑的工作方式。
目前，研究人员还不知道这样的基因变化具体有什么作用。但是，它凸显了人类之所以成为人类，并非因为一个变化，而是很多很多变化。
一个充满疑问的世界
在这次发表的其他研究中，研究人员还利用Zoonomia的数据和实验，分析了10000多个人类特有的基因缺失，并将其中一些缺失与神经元的功能联系了起来，揭示了哺乳动物在恐龙的大规模灭绝之前，就已经多样化了；捕捉到了人类特有的基因组组构的变化；描述了人类基因组的调控序列的进化；并发现在历史上种群数量较少的物种，在今天面临更高的灭绝风险；以及比较了近500种哺乳动物的基因。
这是一个充满疑问的世界。作为目前世界上最大、最全面的哺乳动物比较基因组学资源库，Zoonomia正应用先进的DNA测序技术，为了解基因组如何产生丰富多样的物种带来了海量的信息和线索。相信在不久的将来，从基础的生物学研究到临床医学，生物医学领域的各个分支都将受益于这项宏大的研究计划。
参考来源
https://www.broadinstitute.org/news/zoonomia
https://www.sciencenews.org/article/findings-zoonomia-project-mammal-genomes
https://zoonomiaproject.org/the-project/
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽
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