Science特刊：11篇论文聚焦哺乳动物的进化

　　这个名为Zoonomia的计划于4月27日在《Science》杂志上发表了11篇论文，展示了人类及其他哺乳动物的基因组在进化过程中是如何发展的。

　　

哺乳动物是最多样化的一类动物，它们的大小和形状各不相同，几乎达到了人类想象的极限。这种变化是如何形成的，以及在何种选择压力下形成，人们一直很感兴趣。

进入21世纪以来，小鼠、人类、大鼠和黑猩猩等动物的完整基因组陆续发表，这让遗传学家能够比较它们的序列，并深入了解哺乳动物是如何进化的。

如今，研究人员已经收集并比较了240种哺乳动物的基因组，这表明这个领域已经取得了很大进展。通过这个数据宝库，他们更清楚地了解为什么有些哺乳动物的嗅觉特别好，为什么有些哺乳动物冬眠，以及为什么有些动物发育出更大的大脑。

这个名为Zoonomia的计划于4月27日在《Science》杂志上发表了11篇论文，展示了人类及其他哺乳动物的基因组在进化过程中是如何发展的。

这些数据不仅突出了动物基因组的哪些区域是相似的，还展示了在数百万年的时间里，它们的基因序列在什么时候出现了分歧。加州大学旧金山分校的数据科学家Katie Pollard说：“如果没有这种规模的数据集，这真的不可能实现。”

加州大学圣克鲁斯分校基因组学研究所的科学主任David Haussler认为，对这么多种哺乳动物进行测序是一项巨大的成就。“我们一直梦想着这一点。”Haussler曾在本世纪初参与了首个人类基因组的测序工作。

深入挖掘数据

瑞典乌普萨拉大学的遗传学家Kerstin Lindblad-Toh是Zoonomia计划的负责人之一。她表示，很久以前发表的第一批哺乳动物基因组是一个好的开始。不过，她和同事们意识到，他们需要超过200个基因组，才能在统计上对哺乳动物物种如何随时间而变化进行分析——特别是如果他们想聚焦单个DNA碱基对水平上的遗传变化。

Zoonomia联盟包括来自世界各地的150多名科学家和30个研究团队，于2020年首次向公众开放了240个基因组。自那时起，研究人员一直在寻找它们之间的相似之处。他们假设，如果基因组的某些片段是相似的，并且在数千万年的时间里，不同物种之间仍保持着这种相似性，那么这些片段一定对动物起着重要的作用。

在一项分析中，研究团队利用这一概念估算出，至少10.7%的人类基因组与研究人员所研究的几乎所有物种的基因组相同。这些“保守”区域大多是调控基因，它们调节其他基因转录及最终成为蛋白质的方式和时间。大约一半的保守基因的功能是以前未曾鉴定的。

另一项研究则涉及到著名的雪橇犬Balto。1925年，阿拉斯加诺姆小镇的儿童遭遇白喉的袭击。当时，镇上的血清已经用尽，于是，多支狗拉雪橇小队通过接力的方式在严寒下紧急运送血清。历经127小时，他们终于把血清送到诺姆小镇。雪橇队的头犬Balto于是成为家喻户晓的英雄。

序列数据表明，Balto具有西伯利亚哈士奇、阿拉斯加雪橇犬、格陵兰犬、西藏獒犬和乡村犬的相关血统，但体型较小，可能比今天的雪橇犬更能消化淀粉。研究人员认为，与现代犬种相比，Balto所在的雪橇犬群体更具遗传多样性，更好地适应阿拉斯加的条件。

利用Zoonomia的数据，研究人员还构建出一棵系统发育树，以估计每个哺乳动物物种在何时与其祖先分开。这一分析支持了这样一种假设，即在6500万年前，地球被小行星撞击并导致恐龙灭绝之前，哺乳动物就已经开始分开了，但在那之后它们分开得更快。

这只是开始

Zoonomia计划只是众多动物基因组测序计划中的一个。另一项大型工作是脊椎动物基因组计划（VGP），其目标是生成所有71,000种现存脊椎动物的基因组，包括哺乳动物、爬行动物、鱼类、鸟类和两栖动物。Haussler称，尽管这两个计划是相互独立的，但许多研究人员都参与了两项工作。

耶鲁大学生态学家Walter Jetz表示，拥有如此多的哺乳动物基因组是一项壮举，但Zoonomia的数据库比较偏爱体型较大且非热带地区的物种。他认为，对更多种类的哺乳动物进行测序将有助于研究人员在哺乳动物进化方面得出更权威的结论。

马萨诸塞大学Chan医学院的遗传学家Elinor Karlsson是Zoonomia计划的负责人之一。她指出，这些数据在项目的网站上是公开的。“我们真的希望更多人开始用这些数据集来找出所有可能问题的答案，”她说。

亚利桑那州立大学的进化生物学家Nathan Upham认为，Zoonomia并不是哺乳动物基因组学研究的巅峰之作，它只是一个开始。他补充说，过去20年是学习如何正确地进行基因组测序。“现在我们才刚刚开始真正深入研究基因组。”

原文检索

Zoonomia

SCIENCE 27 Apr 2023 Vol 380, Issue 6643 pp. 356-357

DOI: 10.1126/science.adi1599