拿下靈長類基因組“礦藏”挖掘主導權

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6月2日凌晨，《科學》以研究專刊形式在線發表8篇論文、《科學進展》在線發表2篇論文，集中報道了我國科學家發起并主導的靈長類基因組計劃取得的階段性突破。該計劃由中國科學院昆明動物研究所（以下簡稱昆明動物所）和浙江大學生命演化研究中心共同牽頭。

“靈長類基因組計劃發起于2018年，并擴展建立了國際靈長類研究聯盟。這次我們一共投出12篇論文，其中10篇論文能湊到一起刊發，實屬不易！”該計劃發起人之一、昆明動物所研究員吳東東不禁感嘆。

他表示，這些科學突破，對靈長類動物多樣性保護、遺傳資源的開發和利用具有重要的指導與現實意義，也為人類特殊性狀的起源、發育及疾病醫學研究提供了重要遺傳學材料和候選分子靶標。

“英國有‘達爾文生命之樹項目’，美國有‘哺乳動物基因組項目’，從國家戰略角度來看，收集物種基因組資源具有重要意義。”靈長類基因組計劃另一位發起人、浙江大學生命演化研究中心教授張國捷坦言，“這就像誰先產生了大量數據，誰就擁有了一個‘礦藏’，也就有了挖掘這些數據的優先權和主導權。”

《科學》專刊封面。張國捷團隊供圖

為何要研究靈長類動物？

已有研究顯示，靈長目是哺乳動物中種類最豐富的類群之一，包括16科82屬520余種，僅次于翼手目和嚙齒目，目前依然有新物種不斷被發現。

科學家為什么要研究靈長類動物？吳東東向記者解釋，靈長類的演化經歷了6500多萬年，從獨居的夜行性祖先到今天高度發達的人類社會，發生了諸多變化。此外，部分靈長類也是研究人類起源和演化、疾病發生機理、烈性傳染病傳播和疫苗研發的天然動物模型。

當前，解析和重構靈長類祖先到現代人類演化過程中的基因組變異圖譜，是我們理解人類演化生物學不可或缺的一部分，也是領域研究的熱點問題。

“由于人類活動的影響，靈長類物種的豐富度和群體數量正遭受前所未有的嚴峻挑戰，而目前覆蓋絕大多數靈長類動物支系的比較基因組學研究仍然存在相當大的缺口。”吳東東表示，這些研究有望揭示人類特異表型變異和靈長類譜系間多樣性階梯式改變的演化規律，尤其是那些位于靈長類系統發育樹基部的類群缺乏系統性的比較研究。

與此同時，隨著研究的深入，研究團隊意識到，傳統的社會生態模型遇到了很大的瓶頸。吳東東舉例說：“我們很難解釋，為什么生活在同一環境中的同域物種卻表現出不同的社會系統結構。”

盡管最新的研究發現，靈長類動物的社會演化受系統發育信號的影響，即遺傳自一個共同祖先，并隨著物種分化而逐步演化，這意味著動物社會系統的演化有遺傳學基礎，“但是人們對靈長類社會系統多樣性的基因組機制知之甚少”。

為了填補上述研究缺口和開展靈長類動物多樣性保護研究，昆明動物所牽頭的靈長類基因組計劃吸引了國內外多家研究單位加入。

吳東東介紹，研究團隊新產生了來自11個科26個屬27個靈長類物種的高質量參考基因組，同時整合另外已公布23個物種的參考基因組，開展了迄今為止規模最大、物種最全的靈長類比較基因組學研究。

研究團隊做了什么？

吳東東首先介紹了發表于《科學》的旗艦論文《系統基因組學研究揭示靈長類演化》，研究團隊利用系統基因組學方法，重構了靈長類動物基因組的演化歷史，并確定系列與人類復雜表型和靈長類不同譜系表型多樣性演化有關的關鍵候選基因和結構變異。

論文通訊作者之一、昆明動物所研究員張國捷告訴《中國科學報》：“我們研究組裝和釋放的靈長類27個關鍵支系的高質量長讀長三代參考基因組，對未來生物醫學研究和靈長類動物遺傳資源的開發、利用和保護具有十分重要的意義。”

為探索靈長類社會系統多樣性的基因組機制，吳東東與西北大學教授齊曉光、李保國及澳大利亞西澳大學教授Cyril C. Grueter組成一個聯合研究團隊，以亞洲葉猴為研究模型，從行為、生態、遺傳等多個維度，全面解析亞洲葉猴重層社會的起源、演化和形成機制，為靈長類社會演化提供了重要的研究范式。相關研究成果發表于《科學》。

兩個物種之間雜交，在不改變染色體倍性的情況下可以形成第三個物種，即雜交成種，這在低等動物和植物中很常見。但已有的研究發現，雜交成種方式在哺乳動物類群里面并不多見，更別說和人類親緣關系最近的非人靈長類動物了。

吳東東、張國捷及昆明動物所研究員鄭永唐等人在研究過程中發現了一個有趣的現象：雜交重組使得食蟹猴種組（恒河猴、食蟹猴、臺灣獼猴和日本獼猴）產生了新的生殖性狀，如生殖器形態、性皮特征等剛好介于兩個親本之間，并且在遺傳上，與生殖相關的基因有明顯的重組痕跡且受到正向選擇作用。

“我們首次在獼猴類群中發現雜交成種事件，這項研究成果發表于《科學進展》。”張國捷說。

事實上，在靈長類演化歷史進程中，雜交成種事件不止一次發生。吳東東團隊與云南大學研究員于黎團隊等合作在《科學》上報道了靈長類的另一個類群——仰鼻猴屬，也存在古老的雜交成種事件，即黔金絲猴是由川金絲猴與怒江金絲猴的祖先雜交而來，而川金絲猴本身也是一個雜交物種。

這些成果有何意義？

談及這些成果的意義，吳東東表示，這些研究從不同的視角和領域揭示了靈長類動物的演化歷史和規律，它們對靈長類動物資源的合理開發、利用和整合以及物種多樣性保護和生命醫學研究具有重要意義。

“之所以能成為牽頭單位，主要是昆明動物所提供的基因組數據可以作為基礎參考數據，在相關研究中扮演關鍵性角色。”吳東東認為，這些數據推動了靈長類動物的基因組多樣性研究、人類和非人靈長類遺傳變異譜構建、靈長類動物不完全譜系分選動態圖譜的構建和解析。

“雖然我們有數據，但數據里有用的信息需要深入挖掘和分析，這就需要大量的算力，我們為此調用了全國多個超算資源。”吳東東透露，目前的研究僅涵蓋了10%的靈長類物種，物種的樣品來源仍然面臨很大挑戰，因為這些物種分布在全球各地。

張國捷告訴《中國科學報》，目前在國際上，美國、英國、德國、澳大利亞等國家都有國家層面組織運作的各種大型基因組學計劃。在不久前，《科學》就以研究專刊的形式，發表了由美國麻省理工學院、哈佛大學等機構牽頭的哺乳動物基因組計劃的多篇論文，他們研究分析了迄今為止最大的240種哺乳動物基因序列。

“歐美國家之所以把生物基因組信息作為重要的國家戰略資源，是因為與其他物種的比較是了解人類獨特性的重要路徑。從生命演化過程的全貌出發，以演化生物學的視野來看待人類的過去，才能更好地了解人類現在和未來的發展趨勢。”張國捷解釋說。

靈長類基因組計劃的相關研究還在進行，吳東東、張國捷等人希望，未來有更多國內外研究單位和團隊加入其中，共享資源、互惠共贏。

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