Cell重磅发现：这两个人类特有的重复序列基因，让人类大脑进化得更大更复杂

来源：生物世界 2025-07-29 09:11

该研究采用的系统性方法，为研究基因重复在人类大脑进化中的驱动因素提供了新见解和全面资源。

现代人类（智人）与其近亲大猩猩之间存在显著的表型特征差异，其中最重要的差异在于人类大脑新皮层（neocortex）的扩张以及神经元连接的复杂性增加，这使得人类得以发展出诸如阅读和语言等新的认知能力。

之前的研究发现了一些与人类拥有最强大脑相关的单核苷酸突变，包括FOXP2 基因和人类加速进化区域（HAR），但大多数排名靠前的候选基因是由片段重复（广泛存在于基因组中的长度大于 1 kb 且序列相似性超过 90% 的 DNA 大片段，其中包含重复基因以及调控元件，约占人类基因组的 8%）造成的。片段重复能够产生具有相同功能、功能改变或与保守的祖先基因旁系同源物相拮抗的新基因旁系同源物，并且在物种间的遗传差异中所起的作用比单核苷酸突变更大。此外，它们在形成神经特征方面十分重要，可能促进了人类大脑进化，但由于这些重复序列在对人类基因组序列组装时的错误，导致大多数重复基因的功能仍未得到表征。

2025 年 7 月 21 日，加州大学戴维斯分校的研究人员在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Human-specific gene expansions contribute to brain evolution的研究论文。

该研究表明，人类特有的重复序列基因，对人类大脑进化有所贡献，其中，GPR89B基因通过剂量依赖性机制推动大脑体积的扩张；FRMPD2B基因则通过改变突触信号转导调控神经连接复杂性。

2022 年，端粒到端粒联盟（T2T）利用长读长 DNA 测序技术，破解了人类基因组中未被测序的 8% 片段重复区域，成功组装了完整无间隙的人类基因组序列 T2T-CHM13，填补了人类基因组草图中包括端粒、着丝粒等关键区域的空白，并纠正了数千个结构错误。

在这项新研究中，研究团队利用T2T-CHM13，鉴定出了 213个人类特有的基因家族。在所有受测试的现代人类基因组和大脑转录组中，从中发现了 362 个旁系同源基因，这使它们成为塑造人类普遍大脑特征的首要候选基因。通过对数百名现代人类的长读长 DNA 测序，研究团队选择了一组同源基因的子集，揭示了此前被隐藏的选择信号，其中包括 T 细胞标志物 CD8B。

为了了解这些基因在大脑发育中的作用，研究团队在斑马鱼模型中CRISPR 敲除了 9 个直系同源基因，并引入了编码旁系同源基因的 mRNA，从而构建了人源化斑马鱼幼鱼。在此模型基础上的结果表明，有两个基因可能对人类大脑的标志性特征有所贡献 GPR89B基因通过剂量依赖性机制推动大脑体积的扩张；FRMPD2B基因则通过改变突触信号转导调控神经连接复杂性。

该研究的核心发现：

在 T2T-CHM13 基因组中鉴定出 1002 个人类重复的旁系同源基因；

148 个基因家族可能是人类大脑进化的驱动因素；

某些旁系同源基因表现出显著的选择特征，其中包括 T 细胞标志物 CD8B；

斑马鱼模型显示人类特有的 GPR89B 和 FRMPD2B 影响大脑表型。

总的来说，该研究采用的系统性方法，为研究基因重复在人类大脑进化中的驱动因素提供了新见解和全面资源。

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