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《公共科学图书馆·生物》。2004年5月;2(5):e134。
2004年3月23日在线发布。 数字对象标识:10.1371/日记.pbio.0020134
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控制大脑大小的基因的进化史

生物学家早就知道非洲大猩猩(包括黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩)在进化上是我们的近亲。最近公布的黑猩猩基因组草图序列在核苷酸水平上证实了这种关系,表明人类和黑猩猩的DNA大约99%相同。考虑到人类和非人类灵长类动物之间的遗传相似性,下一个重大挑战是确定人类基因型(有机体的遗传补体)中的这些变化,这些变化产生了复杂的表型(基因表达的物理表现),从而将人类与类人猿区分开来。例如,现代人类的大脑和大脑皮层比非人类灵长类动物及其祖先早期原始人都要大。阐明解释这种扩展的分子机制将为大脑进化提供深入的见解。进化。

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正常个体(左下角)和由ASPM公司突变(右下角)。哈佛大学比较动物博物馆提供的灵长类头骨

确定哪些基因参与生理过程的一种方法是分析产生异常表型的基因型突变。在一个基因影响单个性状的相对罕见的情况下,这样的努力更容易。中的突变ASPM公司基因导致微脑症,这是一种罕见的不治之症,其特征是大脑皮层异常小。由于微脑与早期人类大脑的大小大致相同,研究人员假设ASPM公司-其正常功能尚不清楚,可能是灵长类大脑皮层扩张的自然选择目标。去年,研究人员表明,选择性压力ASPM公司在过去的几百万年中,当人类和黑猩猩从共同的祖先那里分化出来时,基因与人类大脑尺寸的增加有关。现在,弗拉基米尔·拉里昂诺夫(Vladimir Larionov)及其同事报告说,早在七八百万年前,当大猩猩、黑猩猩和人类有共同祖先时,选择性压力就开始了。

研究人员使用了一种新开发的技术(称为TAR-克隆),在含有整个ASPM公司基因,包括启动子和内含子(非编码)序列,来自黑猩猩、大猩猩、猩猩和恒河猴。他们对这些YAC进行测序,以确定ASPM公司每个物种的基因。接下来,他们根据氨基酸替换是否会导致ASPM蛋白质发生变化来表征这些物种之间的序列变化,以确定蛋白质进化的速度。拉里奥诺夫及其同事发现,蛋白质的不同部分以不同的速度进化,快速进化的序列在正选择下(有利突变被选择或保留),缓慢进化的序列则在“净化”选择下(显著的中断被丢弃)。基因的正向选择是推动进化变化的重要途径之一。

通过重建ASPM公司gene、Larionov和他的同事们表明,人类大脑大小的增加(大约在200万至250万年前开始)发生在基因经历加速选择压力之后的数百万年。这个ASPM公司他们总结道,基因可能在大脑进化中起着重要作用。下一个重大挑战将是确定优先作用于人类基因型的力量,以启动大脑扩展的过程,这些力量有望揭示人类的本质。像TAR-克隆这样的新基因组技术可能会加速这一进程。


文章来自PLOS生物学由以下人员提供多环芳烃