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中外科学家揭示生命演化动力之谜——
动物繁殖能力影响世代间基因突变率
本报北京3月2日凌晨电(记者张蕾)“不同物种DNA突变速率不同,繁殖能力差异是重要原因”——中外科学家团队通过跨物种比较分析,揭示了不同物种胚系突变率差异的根本原因和演化规律。相关研究成果3月2日凌晨发表在国际顶级学术期刊《自然》(Nature)上。
作为遗传多样性的最终来源和演化的重要驱动力,DNA突变是演化生物学和医学基因组学的重点关注对象。生物的后代产生与父母不同的新性状,根本原因在于生殖细胞的DNA突变导致代际间的基因组产生差异。而在不同物种中,这种代际间新发突变产生的频率并不相同,其原因一直困扰着生物学家。
通过对哺乳动物、鸟类、爬行类和鱼类等68种脊椎动物323个家系的高深度基因组进行测序分析,研究人员准确测量了每个物种新生突变的发生率。“不同物种每一代生殖细胞产生的突变率相差可达40倍——平均而言,爬行动物和鸟类每一代的突变率高于哺乳动物和鱼类。”论文第一作者、来自丹麦哥本哈根大学的露西·伯杰龙(Lucie Bergeron)博士介绍,考虑到这些物种间生活史特征的巨大差异,40倍并不算非常大——“这说明引发生殖细胞的DNA变异,脊椎动物的机制比较相似”。
生物学界的“雄性驱动演化”假说认为,在哺乳动物和鸟类中,雄性生殖细胞分裂的次数要比雌性多得多,这导致胚系突变率在同一物种不同性别之间出现偏差。“或者说,你产生的新变异主要来自父亲的基因组发生突变,但父母双方分别贡献了多大比例,我们知之甚少。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心教授张国捷表示,团队在该问题上获得了更全面的认识,并对相关理论提出补充——“鸟类后代中新出现的突变,大约75%来自父亲生殖细胞的变异;在哺乳动物中,这一比例大约是67%;而在鱼类和爬行类动物中,雌雄双方对后代新生变异的贡献接近一致”。
分析物种间生活史特征的差异对突变率的影响后,研究人员发现,物种的性成熟年龄越早,或者每一代的后代数目越多,生殖细胞的每一代突变率就越低。在人工饲养的动物中,由于适合生育的生殖年龄降低,驯化品种相对于野生物种在生殖细胞中具有更高的年均突变率。此外,他们还证明了遗传漂变对物种胚系突变率也存在影响,即物种的有效种群规模越大,每一代新突变的产生速率就越低。
胚系突变是物种演化的源头动力,突变率大小影响物种的演化潜力,对物种产生新的性状具有重要影响。“我们的研究表明,突变率本身同其他生物性状一样,在不同物种间存在差异,同时在宏观演化过程中也会受到其他生物性状的影响。”张国捷强调。
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