《科學》：基因調節驅動進化

耶魯大學的研究人員發表在8月10日的《科學》雜志上的文章顯示，他們通過采用新方法分析基因啟動子序列變異，而且對基因調節推動進化分歧有了新的了解。

之前完成的基因組測序工作顯示，人類和黑猩猩的蛋白質編碼基因有99％是相同的。目前生物學家面臨的挑戰是解釋導致人和猩猩之間明顯差異的原因。通常認為，如果差異不是來自基因成分，那么就必然是來自基因表達的調節方式。

由于DNA調節區域或啟動子的核苷酸序列要比他對應的蛋白質編碼區域序列變化多，因此比較相關物種的基因調節情況就變得很困難。啟動子的這種變化使得利用標準的計算機比較方法很難確定它們。

研究人員指出，盡管與DNA調節區域結合的許多分子已經被確定為轉錄因子，但這項新的研究則證實他們能夠從功能上描繪這些相互作用并確定出特定的靶標啟動子。研究人員驚訝地發現，即使親緣關系很近的酵母種，其調節模式也明顯不同。

在這項研究中，耶魯大學的研究人員通過針對其功能而非序列的方式，發現了DNA結合位點。首先，他們分離出與啟動子位點DNA特異性結合的轉錄因子。然后，他們分析了分離出來的序列，以確定不同種間調節區域的相似性和差異。

通過利用一組親緣關系或近或遠的酵母，研究人員能夠看到之前無法知道的結構差異。研究人員希望這種方法將能夠幫助他們進一步了解基因成分和基因調節在人類和黑猩猩分化問題中的平衡情況。

2005年，由來自美國、德國、以色列、意大利以及西班牙的67名科學家組成的國際科研小組完成了與人類關系最為密切的靈長類動物黑猩猩的基因組測序工作。這一名為黑猩猩基因測序與分析聯盟的科研小組說，將黑猩猩與人類基因組進行比較是一個“歷史性成果”。

研究顯示，黑猩猩和人類基因組的DNA序列相似性達到99%；即使考慮到DNA序列插入或刪除，兩者的相似性也有96%；人類與黑猩猩有29%的共同基因編碼生成同樣的蛋白質。科學家說，人類與黑猩猩在600萬年前由共同的祖先分別進化后，其蛋白質體系只經歷過一次主要變化。兩者之間的差異只相當于任意兩個不同人之間基因組差異的10倍。

人類與黑猩猩的共同之處還在于，兩者都擁有一些變異很快的基因。這些基因主要涉及聽覺、神經信號傳導、精子的生成、細胞內的離子傳輸。它們比其他哺乳動物同類基因的變異快得多。科學家認為，這些基因可能決定了靈長動物的特性。與其他動物相比，人類與黑猩猩還共有一些易于引起病變的基因。科學家認為，這些基因盡管在總體上削弱了靈長類動物的抵抗力，卻使它們更能適應環境的快速變化。

人類與黑猩猩基因組的差異更引起科學家的興趣。研究表明，在人類與黑猩猩基因組的約30億個DNA堿基對中，有3500萬對是有差異的。由于兩者基因組在不同位置分別出現了堿基對的插入和刪除，又另外造成500萬個位點有差異。在這總共4000萬個DNA序列差異中，絕大部分不具備實際功能或者功能很小，但也有300萬個堿基對位于功能基因上。

科學家發現，人類身上的一些基因比黑猩猩的同樣基因變異更快。其中最突出的是編碼轉錄因子的基因，而轉錄因子負責“管理”胚胎發育時的一些關鍵基因。此外，黑猩猩身上缺乏人類擁有的約50個基因，其中有3個基因與炎癥反應相關。而人類也缺乏黑猩猩所擁有的一個基因，這一基因能保護大腦不受早老性癡呆癥的侵襲。

他們還發現，人類基因組有7個區域可能經歷了25萬年來的“選擇性清洗”，也就是突變基因具有明顯競爭優勢。經過數百代繁殖后，突變種變成了種群里的優勢種，相應的突變基因也變成了正常基因。人類基因組中經過“選擇性清洗”的，就包括與語言相關的基因。