科学家发现人类进化DNA“开关”

HAQERs是古老的遗传调节因子，在语言能力中起着重要作用，但由于进化权衡而保持稳定。科学家们现在正在研究遗传与环境如何在语言发展中相互作用。图片来源：Shutterstock

（化石网cnfossil.com）据参考消息网（编译/卿松竹）：美国《大众机械》月刊网站5月12日报道，人类或许是人属中唯一现存的物种(让我们缅怀一下尼安德特人)，但我们仍有近亲与我们共享这个星球。黑猩猩和倭黑猩猩都属于黑猩猩属，尽管我们与这些灵长目近亲在600万至800万年前就在进化道路上分道扬镳，但它们与人类的基因相似度高达惊人的99%，这是一个众所周知且常被提及的事实。这并不意味着我们完全相同，诸多性状和行为将人类与其他灵长目动物区分开来。

在发表于《电子生命》期刊的一项新研究中，美国斯坦福大学和以色列魏茨曼科学研究所的科学家分析了究竟是什么造成人类与黑猩猩之间的这些差异。该论文研究的关键过程之一是脱氧核糖核酸(DNA)甲基化，美国国家人类基因组研究所将这种化学修饰解释为：将甲基基团附着在DNA的特定位置，开启或关闭某个基因，从而调控该基因编码的蛋白质的生成。这类基因变异分为两种特定类型，分别为顺式作用(DNA序列调控同一分子中的基因)和反式作用(调控不同DNA分子中目标基因的表达)。

研究论文的作者写道：“虽然基因表达差异很早之前就被认为是人类进化的主要驱动力，但确定人类独有性状背后的分子机制仍面临诸多难题。尽管近年来的研究进展已能够量化人类特有的进化差异……但DNA甲基化在协调这些变化、塑造人类特有性状方面所发挥的作用，尚未得到充分研究。”

为探索这一尚未被研究的领域，科学家开展了一项精妙实验。首先，他们将人类和黑猩猩的干细胞进行融合，培育出杂交神经元、肝细胞和肌肉组织。此举目的并非培育人与黑猩猩的杂交生命体，而是考察顺式作用和反式作用在DNA甲基化之间的关联。由于这些融合细胞处于同一细胞环境中，研究人员能够清晰区分由局部DNA序列效应(顺式作用)引发的甲基化差异和由大范围、可扩散细胞因素(反式作用)引发的甲基化差异。

研究人员发现，顺式调控机制是全基因组甲基化差异的主要驱动因素。他们重点关注了单碱基突变，这类突变能够生成或破坏名为CpG位点的结构。CpG位点是基因组中胞嘧啶与鸟嘌呤相邻的位点，也是甲基化的关键作用靶点，可使基因沉默。当突变破坏一处CpG位点时，甲基化标记便会消失；当新的CpG位点形成时，就会产生新的甲基化标记位点。至关重要的是，这类变化并不会只局限于突变位点本身，其影响会向外传导，改变最远可达50个碱基对范围内相邻CpG位点的甲基化模式。

在漫长的进化进程中，这类微小局部变化的连锁反应，造就了人类与黑猩猩截然不同的表观遗传特征。这些差异继而塑造了一系列出人意料的人类特有性状：脑细胞中参与认知和突触可塑性的基因、生长发育节律延后特征、颅面与牙齿形态特征，甚至丙型肝炎易感性，这些均呈现出经过协调的谱系特异性的甲基化与基因表达特征。

论文作者写道：“我们的研究成果为阐释DNA甲基化差异如何造就人类特有性状提供了研究框架。我们研究证实，顺式和反式调控机制均会造成物种间的甲基化差异，但顺式作用因素占据主导地位，这就将基因组序列变异与表观遗传差异直接关联起来。”