《8篇Science(国内4篇)聚焦灵长类基因组——揭示灵长类动物演化之谜》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2023-07-11
  • 人类是灵长类动物之一。因为我们会写诗,会操控复杂工具,所以我们和其他大型灵长类动物包括黑猩猩、大猩猩、狒狒以及红毛猩猩等,非常不同。因此探究灵长类动物的基因组、起源和社会演化过程将极大帮助我们了解人类自己。

    2023年6月1日,以我国科学家组织的灵长类基因组计划发布了阶段性成果,在灵长类演化研究上取得重大进展,并回答了与该类群有关的一系列问题。其主要成果以研究专刊的形式在Science发表4篇论文,同期还发表了作为该计划扩展的国际灵长类研究联盟的4篇论文。同时该项目有另外3篇卫星论文同日发表于Science Advances、Nature Ecology & Evolution等期刊。


    该计划由浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授团队、昆明动物所吴东东研究员团队、西北大学齐晓光教授团队、云南大学于黎研究员团队、西北大学李保国教授团队、四川大学生命科学学院刘健全团队等联合国内外多个研究中心组成联盟,通过多学科交叉技术手段对灵长类基因组展开比较研究,研究人类在内的灵长类物种的起源和分化过程、灵长类社会行为和社会组织的起源、以及大脑等各种生理特征的演化和遗传基础。

    该计划的旗舰论文,题为:Phylogenomic analyses provide insights into primate evolution。通过分析基因组数据和化石时间数据,研究人员推断出了灵长动物各主要类群的演化时间,并推断出所有灵长类的最近共同祖先出现在大约6829万到6495万年前,距离6550万年前的白垩纪末期大灭绝事件非常近,大致位于白垩纪的界限附近。这意味着灵长类动物的演化可能受到了物种大灭绝事件的影响。研究还发现,从灵长类的祖先到人,灵长类的相对脑容量在四个关键的演化节点显著增大并有与之对应的基因演化,在猩猩等大猿物种出现之后,这种趋势变得尤其突出,并在人类中达到了顶峰,这使得人类不仅拥有了灵长类中最大的脑容量,还拥有折叠程度最为复杂的大脑皮层。此外,该计划的不同研究项目还分别揭示了灵长类前肢形态的形成以及猿类尾部的消失等现象的分子机制,重新解释了人类第8号染色体的起源问题,分析了灵长类Y染色体结构的演变历史,研究了灵长类特异的快速演化DNA序列等。


    该计划由浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授团队、昆明动物所吴东东研究员团队、西北大学齐晓光教授团队、云南大学于黎研究员团队、西北大学李保国教授团队、四川大学生命科学学院刘健全团队等联合国内外多个研究中心组成联盟,通过多学科交叉技术手段对灵长类基因组展开比较研究,研究人类在内的灵长类物种的起源和分化过程、灵长类社会行为和社会组织的起源、以及大脑等各种生理特征的演化和遗传基础。

    该计划的旗舰论文,题为:Phylogenomic analyses provide insights into primate evolution。通过分析基因组数据和化石时间数据,研究人员推断出了灵长动物各主要类群的演化时间,并推断出所有灵长类的最近共同祖先出现在大约6829万到6495万年前,距离6550万年前的白垩纪末期大灭绝事件非常近,大致位于白垩纪的界限附近。这意味着灵长类动物的演化可能受到了物种大灭绝事件的影响。研究还发现,从灵长类的祖先到人,灵长类的相对脑容量在四个关键的演化节点显著增大并有与之对应的基因演化,在猩猩等大猿物种出现之后,这种趋势变得尤其突出,并在人类中达到了顶峰,这使得人类不仅拥有了灵长类中最大的脑容量,还拥有折叠程度最为复杂的大脑皮层。此外,该计划的不同研究项目还分别揭示了灵长类前肢形态的形成以及猿类尾部的消失等现象的分子机制,重新解释了人类第8号染色体的起源问题,分析了灵长类Y染色体结构的演变历史,研究了灵长类特异的快速演化DNA序列等。

    另一篇主要论文重建了金丝猴类的演化过程,题为:Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey,提出了黔金丝猴是由川金丝猴和滇金丝猴/怒江金丝猴共同祖先杂交后成为新的物种。无独有偶,在《科学进展》(Science Advances)发表的工作则发现猕猴类中的食蟹猴种组(包含3个物种)是狮尾猴种组的祖先与斯里兰卡种组的祖先杂交后形成的新物种类群。这是杂交成种现象在灵长类中首次发现,也表明跨物种杂交是灵长类新物种形成过程中的驱动力之一。

    另一篇主要论文重建了金丝猴类的演化过程,题为:Hybrid origin of a primate, the gray snub-nosed monkey,提出了黔金丝猴是由川金丝猴和滇金丝猴/怒江金丝猴共同祖先杂交后成为新的物种。无独有偶,在《科学进展》(Science Advances)发表的工作则发现猕猴类中的食蟹猴种组(包含3个物种)是狮尾猴种组的祖先与斯里兰卡种组的祖先杂交后形成的新物种类群。这是杂交成种现象在灵长类中首次发现,也表明跨物种杂交是灵长类新物种形成过程中的驱动力之一。

    国际研究联盟则对来自233种灵长类动物的809个个体进行了基因组的重测序数据进行分析:A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species;Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons;The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates。基于基因组杂合性和连续性纯合片段长度的分析结果表明,基因组多样性与世界自然保护联盟划定的灭绝风险类别之间在整体上没有直接关联。也就是灵长类的遗传多样性与物种灭绝风险不完全匹配,遗传多样性并不能完全表征物种的濒危程度。

    国际研究联盟则对来自233种灵长类动物的809个个体进行了基因组的重测序数据进行分析:A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species;Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons;The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates。基于基因组杂合性和连续性纯合片段长度的分析结果表明,基因组多样性与世界自然保护联盟划定的灭绝风险类别之间在整体上没有直接关联。也就是灵长类的遗传多样性与物种灭绝风险不完全匹配,遗传多样性并不能完全表征物种的濒危程度。

    原文链接:

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7829

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6919

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4409

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4997

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8621

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8153

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8197

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo1131

    https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9507

    https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add3580




  • 原文来源:https://mp.weixin.qq.com/s/Z2C2APXBsJPXFy6iGmRMyA
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    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2021-03-29
    • 在首次设计出一种新型的基于恒河猴巨细胞病毒毒株68-1(RhCMV)的疫苗约二十年后,来自美国俄勒冈健康与科学大学的研究人员正在解开为什么它能在大约一半非人类灵长类动物中阻止并最终清除HIV的猴子版本(称为SIV),以及为什么它是阻止人类感染HIV的一种有希望的候选疫苗。 在2021年3月25日,这些构建RhCMV疫苗平台的研究人员描述了它发挥作用的不寻常的生物机制。相关研究结果以一篇Science论文(下称第一篇论文)和两篇Science Immunology论文(下称第二篇论文和第三篇论文)的形式发表,论文标题分别为“Modulation of MHC-E transport by viral decoy ligands is required for RhCMV/SIV vaccine efficacy”、“HLA-E–restricted, Gag-specific CD8+ T cells can suppress HIV-1 infection, offering vaccine opportunities”和“Cytomegaloviral determinants of CD8+ T cell programming and RhCMV/SIV vaccine efficacy”。 这些发现也有助于对在俄勒冈健康与科学大学开发的基于人CMV(HCMV)的HIV实验性疫苗(称为VIR-1111)进行微调,其中VIR-1111如今正在进行1期临床试验评估。该临床试验由Vir生物技术公司开展,该公司从俄勒冈健康与科学大学获得巨细胞病毒(CMV)疫苗平台技术许可。 俄勒冈健康与科学大学疫苗与基因治疗研究所副主任Louis Picker博士说,“了解这种基于RhCMV的SIV疫苗在恒河猴体内发挥作用的机制,让我们有办法快速判断人类疫苗的潜力。如果你在RhCMV疫苗中加入了错误的基因,那么疗效所需的关键免疫反应就不会形成。如果你想获得高度的保护,你必须准确地注射RhCMV疫苗,而且你必须知道你在寻找什么。” 第一篇论文指出嵌入RhCMV蛋白Rh67内的多肽VMAPRTLLL(VL9)可促进细胞内MHC-E运输和MHC-E限制性CD8+ T细胞对RhCMV感染的成纤维细胞的识别。剔除病毒VL9或让它发生突变破坏了MHC-E限制性的CD8+T细胞激活,导致CD8+T细胞仅针对MHC-II限制性表位作出反应。这些反应在规模和分化程度上与RhCMV载体引起的反应相当,但不能防止SIV感染。因此,Rh67引导的MHC-E限制性CD8+ T细胞直接激活对这种RhCMV/SIV疫苗的效力至关重要。 第二篇论文和第三篇论文描述了这种RhCMV疫苗需要产生一种不寻常的称为MHC-E限制性T细胞的CD8+ T细胞反应,以有效地抵御恒河猴中的SIV。 俄勒冈健康与科学大学疫苗与基因治疗研究所分子微生物学和免疫学教授Klaus Frueh博士,“一段时间以来,我们知道在接种这种用于对抗SIV的RhCMV疫苗的恒河猴身上有不寻常的T细胞反应。但我们不知道它们对防止SIV感染是否重要。这项研究清楚地表明,如果没有这种特殊的MHC-E限制性T细胞反应,我们就不会获得保护。” 在第三篇论文中,这些研究人员发现只有在天然的RhCMV的8个特定基因发生缺失或失活的情况下,这种疫苗才能产生这些特殊的T细胞来对抗SIV。而第一篇论文描述了如何需要RhCMV蛋白Rh67来激活对抗SIV的MHC-E限制性CD8+ T细胞。这两篇论文共同提示着需要如何设计基于CMV的疫苗来产生这些非常规的T细胞反应。 在第二篇论文中,英国牛津大学的Andrew J. McMichael博士领导的一个研究团队研究了从非人灵长类动物实验中获得的知识是否可以转移到人类身上。他们发现,MHC-E限制性CD8+ T细胞可以在实验室细胞培养液中发生增殖并抑制HIV。 这三篇论文是在2001年4月俄勒冈健康与科学大学疫苗与基因治疗研究所庆祝它的第一栋研究大楼开放20周年之际发表的。Picker和Frueh当时搬到俄勒冈州帮助建立了这个研究所:Picker自它成立以来一直领导其疫苗项目,而Frueh在2006年与Picker合作开展研究。
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    • 2024年2月29日,上海交通大学毛亚飞课题组在Cell 期刊上发表题为Structurally divergent and recurrently mutated regions of primate genomes的研究论文。 该研究比较分析了人类和8个非人灵长类基因组,发现了多个与疾病相关的风险遗传位点。该工作通过比较基因组学、群体遗传学、结构生物学和单细胞转录组学等交叉学科手段,系统性地发现了与人类精神分裂症、精子生成和神经系统发育迟缓等相关复杂基因组结构变异片段。 在这项研究中,该课题组利用高质量灵长类基因组数据,绘制了灵长类简单结构变异图谱,在此过程中发现了多个人类特有的结构变异,并解析了这些结构变异可能致病的遗传基础。课题组进一步利用新的图形化比对方法发现了多个灵长类基因组上的结构多变区,揭示了与人类精神分裂症相关的C4单倍型和选择压力。同时,该研究首次深入解析RGPD基因家族演化历史,阐明了片段重复在灵长类演化和人类疾病中的重要生物学意义。最后,该课题组重点研究了生物医学模式动物狨猴的基因组,发现了多个狨猴特有的基因组结构,并利用全长转录组和单细胞转录组等解析了狨猴特有重复基因在大脑不同亚细胞群中与人类的差异,为后续以狨猴作为生物医学模式动物的相关研究打下了坚实的遗传基础。