在与生长有关的基因中,科学家看到了人类历史的曙光

来源: 生物360 / 作者: 2021-09-27
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一项新的研究深入研究了人类生长激素受体基因的进化和功能,并询问了人类过去的哪些力量可能导致了这一至关重要的 DNA 片段的变化。

这项研究通过多种途径表明,该基因的一个缩短版本: 一种被称为 GHRd3 的变体可能有助于人们在资源匮乏或不可预测的情况下生存。

研究结果将发表在 9 月 24 日的《科学进展》(Science Advances) 杂志上。

这项研究告诉我们: GHRd3 出现在大约 1-2 百万年前,很可能是现代人类祖先以及尼安德特人和丹尼索瓦人的基因中占绝对优势的版本。

然后,“在过去的 50000 年左右, 这种变体变得不那么普遍, 和你有一个巨大的减少频率变体东亚人群我们研究, 我们看到估计等位基因频率从 85% 滑落到 15% 在过去的 30000 年里,“说布法罗大学进化生物学家俄梅珥 Gokcumen。所以问题就变成了: 为什么? 这种变异是否在过去受到青睐,而最近却不再受进化青睐? 或者,我们所观察到的只是基因组复杂性中的一个小插曲?”

这项研究为 GHRd3 的功能提供了新的见解,这可能有助于解释这些进化变化发生的原因,证明这种变异可能有助于应对营养压力。

布法罗大学艺术与科学学院的生物科学副教授 Gokcumen 博士说:“我们认为这种变体在饥饿时期是有益的,这是大多数人类进化的情况。” 关于 GHRd3 在人类近代史上地位的下降,他推测,“也许在过去的 5 万年里,快速的技术和文化进步已经为资源的一些波动创造了缓冲,而这些资源在过去使 GHRd3 如此有利。”

“GHRd3 很有趣,因为它是一种非常常见的缺失,在你我人类之间是可变的,” 挪威生命科学大学终身研究员、布托大学 Gokcumen 实验室的前博士后研究员 Marie Saitou 博士说。“正常情况下,这些重要的基本基因不会在人与人之间发生改变,甚至在其他动物中也高度保守。”

这项工作由斋藤领导; 斯凯勒 · 雷森德斯博士 (Skyler Resendez),布法罗大学生物科学专业应届毕业生,现为布法罗大学雅各布斯医学院生物医学信息学博士后; 穆秀茜,医学博士,布法罗大学雅各布斯学院和罗斯眼科研究所眼科副教授; 和 Gokcumen。一个国际合作团队在这项研究中贡献了观点,该研究将先进的群体遗传学方法与小鼠模型研究相结合,以了解遗传变异的复杂历史和功能。

近距离观察 GHRd3 可能的功能

生长激素受体基因在控制身体对生长激素的反应中起着重要作用,帮助激活导致生长的过程。

为了研究这种基因的进化史,科学家们研究了许多现代人的基因组,以及四种古人类的基因组——三种来自世界各地的尼安德特人和一种丹尼索瓦人。(这四个人都有 GHRd3 变异。)

研究小组还研究了 GHRd3 的现代功能。例如,研究人员发现,在一组忍受严重营养不良并存活下来的儿童中,GHRd3 变异与更好的预后有关。

此外,对老鼠的研究也支持这样一种观点,即 GHRd3 有助于调节身体对食物短缺的反应。该研究发现,携带这种变异基因的雄性小鼠与较少进食的小鼠在生物学上有一些相似之处,这些特征可能有助于在营养压力下存活下来。

当科学家们将含有 GHRd3 的雄性老鼠喂食低热量的食物时,这些老鼠在两个月大时比没有这种基因变体的老鼠体型更小。这在营养紧张的时候可能是有益的,因为较小的身体需要更少的食物。由于 GHRd3 对雌性小鼠的影响并不显著,因此携带该基因变体的雄性小鼠和雌性小鼠在低卡路里饮食时,最终的体型是相同的 (通常情况下,雄性小鼠比雌性小鼠大得多)。

“我们的研究指出了一种常见的基因变异对性别和环境的特定影响。在小鼠中,我们观察到,在热量限制的雄性肝脏中,Ghrd3 导致数十个基因的‘女性样’表达模式,这可能导致观察到的尺寸减小,”Saitou 说。

“体型本来就较小的雌性,如果体重减轻,可能会遭受负面的进化后果。因此,这是一个合理且非常有趣的假设,即一种可能影响对营养压力的反应的基因变异已经以一种特定的性别方式进化,”Mu 说。

雷森德斯说:“尽管这种独特的基因缺失在人类中很普遍,但在任何其他物种中都没有观察到。” 这使得学习变得困难。然而,现在的科学进步使我们能够以一种有针对性的方式编辑基因组。这使我们能够生成包含这种缺失的小鼠模型,以便我们能够以可控的方式密切观察其影响。”

Gokcumen 说:“这是研究人类进化的激动人心的时刻,现在可以整合来自古代基因组、基因编辑技术和先进的数学方法的数据,来讲述人类历史的所有混乱辉煌。”

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