​综合研究探索基因表达对灵长类动物大脑进化的影响

综合研究探索基因表达对灵长类动物大脑进化的影响

有史以来最广泛的灵长类大脑研究，以了解基因表达如何影响大脑进化。

信用:uux.cn/eLife（2024年）。

DOI: 10.7554/eLife据马萨诸塞大学阿默斯特分校（考特尼·巴比特）：由马萨诸塞大学阿默斯特分校生物学家领导的跨学科研究小组最近发表了一项首次研究结果，调查了18种灵长类动物的基因表达和大脑进化之间的联系。

研究小组收集了动物自然死亡的动物园以及向科学捐赠遗体的人的脑组织样本，然后对每个样本的RNA转录本进行测序，以生成每种灵长类动物大脑中表达的17，000个基因的图谱。

然后，研究小组比较了每个物种的全序列RNA转录组，以更好地了解基因组学和进化之间的联系，并可能深入了解大脑活动和神经退行性疾病的细微差别。

我们研究灵长类动物的大脑进化，发表在eLife上的论文的第一作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校分子和细胞生物学博士生凯蒂·里克尔顿说。

灵长类动物（尤其是人类）的定义是，与身体大小相比，大脑非常大——然而，尽管人类、黑猩猩和狐猴拥有相似的DNA序列，但它们都非常不同。

我们认为这种差异可以部分解释为哪些基因的表达水平较高或较低。

其他研究人员对灵长类动物大脑中的RNA进行了测序，但范围有限得多。

如果我们要弄清楚是什么让人类在灵长类动物中独一无二，资深作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校生物学副教授考特尼·巴比特说，我们将不得不研究更广泛的灵长类动物，以前从未有人研究过如此大的样本。

为了进行他们的研究，里克尔顿、巴比特和他们的同事与马里兰大学的国家儿童健康和人类发育研究所、国家黑猩猩大脑资源以及其他十几个因其脑组织的道德来源而受到广泛尊重的机构合作。

研究小组从18个被调查物种的四个不同脑区——包括前额叶皮层、初级视觉皮层、海马体和小脑——获得了样本，并使用马萨诸塞大学阿默斯特应用生命科学研究所的基因组学核心进行了RNA测序。

RNA是DNA（每个物种的总体规划）和真正构建个体身体的蛋白质之间的中间步骤。

可以产生的蛋白质的数量和种类由RNA的数量决定，这与里克尔顿、巴比特和他们的同事生成的转录组有关。

这是一项艰巨的任务。

我们对18个物种的四个区域中表达的17，000个基因进行了测序，巴比特说。

我们能够以非常高的分辨率对它们进行采样，里克尔顿补充道。

这是我们拥有的这18个物种大脑的最佳转录组系列。

"该团队正在寻找与认知和代谢相关的一系列大脑功能的差异，因为我们人类与灵长类动物亲属共有的大而复杂的大脑需要大量能量。

他们发现，从人类到侏儒懒猴，不同物种之间存在显著差异。

例如，与其他16个物种相比，人类和黑猩猩表现出了显著的差异，尽管人类和黑猩猩是在相对较短的时间内从其他大型类人猿中分化出来的，留给自然选择发挥作用的时间很少。

尽管研究小组取样的大脑四个区域存在差异，但大多数差异似乎主要可以用物种进化来解释。

里克尔顿指出，小脑是个例外。

从进化上来说，这是大脑最古老的部分，里克尔顿说，因此每个物种都有最多的时间以不同的方式进化。

最后，研究小组的发现确定了进一步研究的特定基因，这可能有助于解释特定灵长类动物大脑的进化。

这些基因可能有助于更好地了解四个区域中每个区域大脑活动的细微差别，并为各种人类神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）提供见解。

这是一个伟大的进化悖论:人类和黑猩猩拥有几乎相同的基因，但我们却如此不同，巴比特说。

为了弄清楚是什么让我们成为人类，我们将不得不研究我们进化表亲的广泛基因表达，这正是我们已经开始进行的这项研究。