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识别大脑中有助于人类的基因组区域的新方法

人类和黑猩猩的蛋白质编码基因组只有1%的差异,非常相似。了解使我们成为人类的生物学特征是引人入胜且经过激烈辩论的研究方向的一部分。SIB瑞士生物信息学研究所和洛桑大学的研究人员已经开发出一种新方法,这是首次确定人类在大脑中调节基因方式的适应性特异性变化。这些结果为人类进化,发育生物学和神经科学的研究开辟了新的视野。该论文发表在《科学进展》上。

基因表达,不是基因序列

为了解释是什么使人类与猿类亲戚区分开来,研究人员长期以来一直认为,关键不在于DNA序列,而在于基因的调控(即基因何时,何地以及以何种强度表达)。角色。但是,准确指出充当“基因调光器”并被积极选择的调控元件是一项艰巨的任务,迄今为止已经击败了研究人员(见方框)。

为了能够回答这些诱人的问题,人们必须能够识别基因组中处于所谓“阳性”选择之下的部分[见方框]。答案对解决进化问题非常感兴趣,但最终它可以为生物医学研究提供帮助,因为它提供了基因功能的机械观点。”

积极选择了人脑中很大比例的调节元素

SIB和洛桑大学的研究人员开发了一种新方法,使他们能够识别大脑中大量的基因调控区域,这些区域是在人类整个进化过程中选择的。博士后研究员,该研究的主要作者刘嘉林解释说:“我们首次表明,与例如胃或心脏相比,人脑经历了特别高的阳性选择。这令人兴奋,因为我们现在有一种方法可以识别可能有助于我们认知能力发展的基因组区域!”

为了得出结论,两位研究人员将机器学习模型与实验数据相结合,这些数据涉及基因调控中的蛋白质与不同组织中调控序列的结合强度,然后在人,黑猩猩和大猩猩之间进行进化比较。“我们现在知道哪些是在人脑中控制基因表达的阳性选择区域。而且我们对它们所控制的基因的了解越多,我们对认知和进化的理解就越完整,并且作用于该基因的范围也就越大。这种理解。”马克·罗宾逊·里查维总结道。

方框-积极选择:暗示突变的功能相关性

大多数随机遗传突变既无益也不损害有机体:它们以稳定的速率积累,反映出自两个生物物种拥有共同祖先以来已经过去的时间。相反,基因组特定部分中该速率的加速可以反映出对突变的积极选择,该突变有助于生物体生存和繁殖,这使得该突变更有可能传给后代。基因调控元件通常只有几个核苷酸长,这使得从统计学的角度估计其加速速率特别困难。

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