科學家揭示不同脊椎動物物種DNA突變率差異達40倍

新京報訊（記者張建林）近日，浙江大學張國捷團隊發佈了對脊椎動物隔代突變率的最新研究成果。據悉，科研人員通過跨物種的比較分析，揭示了不同物種胚系突變率差異的根本原因和演化規律。目前，該成果已於國際頂級學術期刊《自然》（Nature）發表。

突變率作為遺傳變異的最終來源和生物演化的重要驅動力，一直是演化生物學和醫學基因組學的重點關注對象。生物產下的後代可能產生與父母不同的新性狀，其根本原因在於生殖細胞的DNA突變導致了代際之間的基因組產生了差異。

據專家介紹，以人為例，和父母相比，每一個子女大約攜帶44-82個新產生的突變，相當於每一代間的每個DNA堿基產生突變的頻率是9.3×10-9-1.4×10-8。突變率大小影響著物種長遠的演化能力，但是過多的突變會造成個體出現疾病而對生存造成影響，因此物種在每一代產生的突變數量存在一定的界限。

在不同物種中，這種代際間新發突變產生的頻率並不相同。這其中的原因一直困擾著生物學家，因此研究該問題對理解DNA突變的產生機制和細胞癌變的機制也有重要借鑒意義。

該論文第一作者，張國捷課題組博士後研究員露西·伯傑龍表示，他們通過對涵蓋哺乳動物、鳥類、爬行類和魚類等68種脊椎動物323個家系的高深度基因組測序分析，利用研究人員建立起來的統一分析方法對每個物種新生突變的發生率進行了準確的測量，為理解新發突變發生率的種間差異提供了基礎。

研究人員發現，不同物種每一代生殖細胞產生的突變率相差可達到40倍。平均而言，爬行動物和鳥類每一代的突變率要高於哺乳動物和魚類。但伯傑龍也提到，考慮到這些物種之間生活史特徵的巨大差異，40倍並不算非常大的差異，說明脊椎動物有比較相似的機制引發生殖細胞的DNA變異。

在生物學界存在一個被稱為「雄性驅動演化假說」的著名理論。該理論認為在哺乳動物和鳥類中，雄性的生殖細胞分裂的次數要比雌性大得多，這就導致了胚系突變率在同一物種不同性別之間出現了偏差。或者說，在你所產生的新變異中，主要是因為來自父親的基因組發生的突變。

「但父母雙方分別貢獻了多大比例，我們依然知之甚少。」論文通訊作者，浙江大學生命演化研究中心的張國捷教授表示，「我們的研究在這一問題上獲得了更全面的認識，並對這一理論提出了補充。在鳥類後代中新出現的突變，大約75%是來自於父親生殖細胞的變異，哺乳動物中這一比例大約是67%。而在冷血動物的魚類和爬行類動物中，雌雄雙方對後代新生變異的貢獻接近一致。」

該研究還分析了物種間的生活史特徵的差異對突變率的影響，發現當物種的性成熟年齡越早，或者每一代的後代數目越多，這個物種生殖細胞的每一代突變率就越低。在人工飼養的動物中，由於適合生育的生殖年齡降低，馴化品種相對於野生物種在生殖細胞中具有更高的年均突變率。

此外，研究還證明了遺傳漂變對物種胚系突變率也存在影響，即當物種有效種群規模越大，每一代新突變的產生速率就越低，該結果為漂變屏障假說提供了重要證據。

張國捷說，「胚系突變是物種演化的最源頭的動力，突變率大小影響物種的演化潛力，對物種產生新的有利或者不利的性狀具有重要影響。我們的研究表明，突變率本身如同其他生物性狀一樣在不同物種之間存在差異，同時在宏觀演化過程中，也會受到其他生物性狀的影響。」

編輯 唐崢

校對 趙琳