作者:甘晓 蒋程 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/29 14:41:21
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人类起源与环境适应新机制获揭示

 

人类如何起源和适应新环境是遗传和进化领域的重要科学问题,全球生物科学界为之探寻多年。在最近结题的国家自然科学基金重大研究计划“微进化过程的多基因作用机制”支持下,科研人员聚焦人类表型进化和环境适应的关键机制研究,揭示人类大脑发育“幼态持续”及对高原低氧环境适应的生理调节机制。

在人类的起源过程中,“幼态持续”是人类区别于非人灵长类动物的独特表型变化。相较于其他灵长类动物,人类的发育过程因“幼态持续”得以延长,使大脑发育有了更长的时间窗口,神经网络的可塑性提高,这是人类形成智力的关键因素。长期以来,科学界对这一表型变化的遗传机制未形成清晰的认识。

中科院昆明动物研究所研究员宿兵团队围绕哺乳动物大脑发育关键基因MCPH1开展深入研究。在前期分子进化研究中,他们首次发现该基因的蛋白序列出现了多个位点的人类特有变异,并通过细胞功能实验进一步证实这些人类特异突变具有功能效应。

在此基础上,研究团队构建出携带人类基因(MCPH1)拷贝的转基因恒河猴模型。在对这些转基因猴的大脑发育跟踪过程中,科研人员发现,转基因猴所携带的人类基因(MCPH1)可能是导致大脑发育延缓的分子基础。

更重要的是,通过对转基因猴的认知能力进行检测,研究团队发现与野生型对照猴相比,转基因猴的工作记忆能力明显提高,由此说明大脑发育的延迟对转基因猴的智力提升是有益的,类似于人类大脑发育的幼态持续现象,这对研究人类起源具有重要价值。

大脑发育调控基因MCPH1转基因猴模型的解析,揭示人类进化“幼态持续”的遗传基础。(研究团队供图)

在人类环境适应机制方面,该研究团队通过对大规模高原藏族的一氧化氮和血红蛋白水平进行系统分析发现,4500米是藏族人群对高原低氧环境适应的海拔极限,这一发现首次回答了藏族人群究竟能适应多高海拔的重要问题。

同时,科研人员修正了国际高山生理学界有关藏族人群血液中高浓度一氧化氮是其适应高原低氧环境的特有调控机制的假说,提出了一氧化氮在藏族人群对高原低氧环境生理适应中的“钝化调节机制”假说。

研究团队还通过近万份的大样本遗传学数据,勾勒出藏族人群的遗传多样性格局和群体动态历史,并从调控层面解析了低氧通路关键基因EPAS1对低氧环境适应过程的作用机制,使得EPAS1成为目前研究最为清晰的高原适应基因。

 
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