昆明动物所揭示驱动灵长类动物大脑进化的调控机制

　　目前已有大量研究证实快速进化的调控元件是驱动复杂性状进化的重要因素，例如人类大脑进化。但是人类发达的大脑并非一蹴而就，而是经历从原猴、新大陆猴、旧大陆猴、小猿、大猿到人类不断增加的过程，目前少有研究探讨这些调控元件对其他非人灵长类，特别是相对原始的灵长类大脑进化的影响。 

　　为深入解析驱动灵长类大脑进化的遗传机制，中国科学院昆明动物研究所研究员吴东东与盛能印、王文和张国捷团队开展合作，整合大量灵长类基因组、转录组、单细胞转录组与表观组数据，全面分析了调控序列在灵长类大脑进化过程中的作用机制与功能影响。 

　　该研究基于灵长类基因组计划产生的大规模组学数据，分析鉴定出支系特异快速进化的调控元件（conserved non-coding elements that exhibited rapid evolution in specific lineage, RECNEs，是指在特定支系的基因组中进化速率显著升高的保守非编码元件），以及灵长类的大脑特异高表达基因。研究团队分别鉴定并且注释出灵长类八个主要祖先节点上的RECNEs，结果表明每个祖先节点上，许多与大脑发育基因相关的调控序列都经历了快速进化，尤其是，除人类支系以外，类人猿下目祖先（Simiiformes）富集了最多的RECNEs，其所调控的基因主要作用于神经发生、神经元发育与迁移等功能通路。灵长类和非灵长类大脑单细胞转录组的跨物种比较分析表明，RECNEs可能驱动灵长类神经细胞中某些基因的高表达，影响神经元功能。以上研究发现支持了灵长类尤其是人类大脑扩张是一种持续的进化过程，从早期的灵长类动物就开始了，而不仅仅是发生在人类谱系中。 

　　除RECNEs以外，该研究还结合灵长类与非灵长类大脑的表观组数据和转录组数据，分析获得灵长类大脑特异性的调控元件和高表达基因，即与非灵长类相比，只在灵长类大脑中具有调控活性的非编码序列和高表达基因。分析最终获得101个灵长类特异的大脑高表达基因，研究人员选取BMP7基因做了进一步的功能实验，发现在类人猿下目祖先中，BMP7基因可能通过获得灵长类特异的调控元件而被招募到大脑中行使功能，进而促进类人猿下目祖先脑室下区和脑室区神经元的增殖。 

　　以上研究提供了一个系统全面的灵长类大脑进化的候选基因和调控元件集合，这些数据对于未来的神经生物学功能研究尤其是人类大脑快速进化机制的研究具有重要的价值。 

　　近日，以上研究以Integrative omics reveals rapidly evolving regulatory sequences driving primate brain evolution为题，在线发表于Molecular Biology and Evolution。吴东东、盛能印、王文与张国捷为文章的共同通讯作者。

　　以上研究受到国家自然科学基金项目、中国科学院西部之光项目和云南省应用基础研究项目资助。 

　　文章链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msad173