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遺傳學家會議討論人類基因組突變率難以確定的原因

時間:2015-3-24閱讀:134
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數學家不斷嘗試對π進行更的計算,物理學家不斷探求對引力常量(G)進行更嚴格的分析。遺傳學家則要在兩種測定人類基因突變率的方法(第二種方法計算出的速率只有*種的一半)之間進行抉擇。

突變率對于利用“DNA分子鐘"繪制系統樹研究生物進化史具有十分重要的意義。因此,2月25日至27日德國萊比錫召開的人類DNA突變率大會(Human Mutation Rate Meeting)對近年來突變率測算面臨的主要問題(新測算出的人類DNA序列突變速率遠低于前期結果)及原因展開了討論。該會議不僅吸引了大批進化遺傳學家的參與,也在腫瘤和發育生物學的研究者中得到了廣泛的關注——突變在他們的領域研究中也扮演著極其重要的角色。

紐約哥倫比亞大學(Colum?bia University)的人口遺傳學家Molly Przeworski在會上表示,所有遺傳疾病和生物適應行為的產生都源于突變,因此研究物種進化基因的突變速率十分重要。

研究者在發現DNA是遺傳信息的載體之前就試圖量化突變率。早在1930年,遺傳學J.B.S Haldane在觀測突變如何造成血友病家系遺傳時就對突變率進行了估算。

之后,科學家們通過比對人類和黑猩猩等其它猿類與其化石中zui近的共同祖先的DNA鏈和蛋白質氨基酸序列差異,并以差異數和化石距今時間的比值代表突變率。雖然這一方法由于部分化石記錄的缺失而存在盲點,但研究者們zui終達成了一致:每一個“DNA字母"平均10億年突變一次。然而德國馬普人類進化研究所(Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology)的分子人類學家Linda Vigilant 對該結果表示質疑。

過去的6年中,引入二代DNA測序技術對突變率進行測算產生了截然不同的結果,許多研究比較了親代和子代的全基因組序列所計算出的突變率是“zui近的共同祖先"法的一半。

雖然這樣一個相對較慢的“分子鐘"使遺傳學和考古學對如直立人離開非洲向世界其他地方遷移等人類進化*關鍵事件的發生時間達成了一致,但是使用它對更早期進化事件的發生時間進行估算,得到的卻是毫無意義的結果,例如照此突變率推算,大多數猿類和猴類的祖先可能出現于侏羅紀時期。因此許多研究者不愿意*放棄舊的突變頻率,并在論文中提出相對中庸的觀點,對一個進化事件分別假設突變速率快、慢或中等從而估測出不同的發生時間。

去年,哈佛大學醫學院(Harvard Medical School)的群體遺傳學家 David Reich等人比較了45000年前西伯利亞人和現代人基因組之間的差異,并得出了一個較低的突變率。然而在會議之前(由Reich與馬普所的人類進化學系的Kay Prüfer共同承辦),Reich等人發表了預印本文章,文中以現代人同源染色體等位基因上序列差異來代表突變率(相當于比較源于同一祖先的兩個獨立個體的DNA差異),計算得出了一個中等的突變率。Reich對上述結果的矛盾之處有些沮喪,他解釋道:“事實上‘分子鐘’的不定性對我們來說十分棘手,這意味著我們據此推算進化事件發生的時間都不準確。"

Reich 希望此次會議即使不能對突變率達成共識,也要促使人們關注并推進有意義的研究。他和Prüfer在會議中倡議與會者給他們zui認同的突變率投票,結果發現較低的突變率獲得了較多的支持,但也有許多學者提出其他不同的意見。

隨后,Reich等人通過比對突變率增大、減小的對應時期,推測人類基因的突變率在過去百萬年中不斷波動或與代謝及生殖生物學上的進化改變有關。英國劍橋大學(University of Cambridge)的群體遺傳學家Aylwyn Scally 表示,生活在2000萬年到1200萬年前的類人猿祖先相較于其他近親具有更長的世代周期,因而突變率更小——更長的世代周期會造成平均每年的突變率減少。

醫學遺傳學家也對突變率的測算也十分關注,英國維康基金會桑格研究所(Wellcome Trust Sanger Institute)所長,致力于研究癌發生相關DNA突變因素的腫瘤遺傳學家 Michael Stratton指出,雖然外界環境因子,如香煙等可誘發DNA突變,但還有一些突變是由細胞正常的生化反應中伴隨的一些未知過程引起的,對于這些機制的研究或可解釋突變率為什么會產生波動。

生殖生物學家對人類基因突變率予以關注,部分是因為發現某些疾病在大齡男性子嗣中相較于年輕男性子嗣更常見。男性幾乎終生都在產生精子,而女性在出生時就確定了卵子數量。精原細胞的持續分裂意味著男性相對于女性將突變傳遞給后代的幾率更大(高于女性4倍)。2012年的一項研究表明,大齡父親相較于年輕的父親會傳遞給子代更多的突變。這意味著生物進化的過程中精子產生伴隨的基因突變或父本年齡的不同可對突變速率產生影響。

盡管如此,人類DNA突變速率的測算結果仍然不確定且不穩定,Reich在會議中建議至少在更好的數據出現之前,研究時使用較小的突變率。他提醒,不要把它認為是一個常量,這不是物理研究中的光速。

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