Cell重磅發(fā)現(xiàn)：這兩個(gè)人類(lèi)特有的重復(fù)序列基因，讓人類(lèi)大腦進(jìn)化得更大更復(fù)雜

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作者：王聰來(lái)源：生物世界

2025-07-29

現(xiàn)代人類(lèi)（智人）與其近親大猩猩之間存在顯著的表型特征差異，其中最重要的差異在于人類(lèi)大腦新皮層（neocortex）的擴(kuò)張以及神經(jīng)元連接的復(fù)雜性增加，這使得人類(lèi)得以發(fā)展出諸如閱讀和語(yǔ)言等新的認(rèn)知能力。

現(xiàn)代人類(lèi)（智人）與其近親大猩猩之間存在顯著的表型特征差異，其中最重要的差異在于人類(lèi)大腦新皮層（neocortex）的擴(kuò)張以及神經(jīng)元連接的復(fù)雜性增加，這使得人類(lèi)得以發(fā)展出諸如閱讀和語(yǔ)言等新的認(rèn)知能力。

之前的研究發(fā)現(xiàn)了一些與人類(lèi)擁有最強(qiáng)大腦相關(guān)的單核苷酸突變，包括 FOXP2 基因和人類(lèi)加速進(jìn)化區(qū)域（HAR），但大多數(shù)排名靠前的候選基因是由片段重復(fù)（廣泛存在于基因組中的長(zhǎng)度大于 1 kb 且序列相似性超過(guò) 90% 的 DNA 大片段，其中包含重復(fù)基因以及調(diào)控元件，約占人類(lèi)基因組的 8%）造成的。片段重復(fù)能夠產(chǎn)生具有相同功能、功能改變或與保守的祖先基因旁系同源物相拮抗的新基因旁系同源物，并且在物種間的遺傳差異中所起的作用比單核苷酸突變更大。此外，它們?cè)谛纬缮窠?jīng)特征方面十分重要，可能促進(jìn)了人類(lèi)大腦進(jìn)化，但由于這些重復(fù)序列在對(duì)人類(lèi)基因組序列組裝時(shí)的錯(cuò)誤，導(dǎo)致大多數(shù)重復(fù)基因的功能仍未得到表征。

2025 年 7 月 21 日，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Human-specific gene expansions contribute to brain evolution 的研究論文。

該研究表明，人類(lèi)特有的重復(fù)序列基因，對(duì)人類(lèi)大腦進(jìn)化有所貢獻(xiàn)，其中，GPR89B 基因通過(guò)劑量依賴(lài)性機(jī)制推動(dòng)大腦體積的擴(kuò)張；FRMPD2B 基因則通過(guò)改變突觸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控神經(jīng)連接復(fù)雜性。

2025 年 7 月 21 日，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Human-specific gene expansions contribute to brain evolution 的研究論文。

2022 年，端粒到端粒聯(lián)盟（T2T）利用長(zhǎng)讀長(zhǎng) DNA 測(cè)序技術(shù)，破解了人類(lèi)基因組中未被測(cè)序的 8% 片段重復(fù)區(qū)域，成功組裝了完整無(wú)間隙的人類(lèi)基因組序列--T2T-CHM13，填補(bǔ)了人類(lèi)基因組草圖中包括端粒、著絲粒等關(guān)鍵區(qū)域的空白，并糾正了數(shù)千個(gè)結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤。

在這項(xiàng)新研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用 T2T-CHM13，鑒定出了 213 個(gè)人類(lèi)特有的基因家族。在所有受測(cè)試的現(xiàn)代人類(lèi)基因組和大腦轉(zhuǎn)錄組中，從中發(fā)現(xiàn)了 362 個(gè)旁系同源基因，這使它們成為塑造人類(lèi)普遍大腦特征的首要候選基因。通過(guò)對(duì)數(shù)百名現(xiàn)代人類(lèi)的長(zhǎng)讀長(zhǎng) DNA 測(cè)序，研究團(tuán)隊(duì)選擇了一組同源基因的子集，揭示了此前被隱藏的選擇信號(hào)，其中包括 T 細(xì)胞標(biāo)志物 CD8B。

為了了解這些基因在大腦發(fā)育中的作用，研究團(tuán)隊(duì)在斑馬魚(yú)模型中 CRISPR 敲除了 9 個(gè)直系同源基因，并引入了編碼旁系同源基因的 mRNA，從而構(gòu)建了人源化斑馬魚(yú)幼魚(yú)。在此模型基礎(chǔ)上的結(jié)果表明，有兩個(gè)基因可能對(duì)人類(lèi)大腦的標(biāo)志性特征有所貢獻(xiàn)--GPR89B 基因通過(guò)劑量依賴(lài)性機(jī)制推動(dòng)大腦體積的擴(kuò)張；FRMPD2B 基因則通過(guò)改變突觸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控神經(jīng)連接復(fù)雜性。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：