导读：来自牛津大学和芝加哥大学的科学家们构建出了世界上首个黑猩猩基因重组遗传图谱。这一研究成果发表在最新一期（3月15日）的《科学》（Science）杂志上，揭示了黑猩猩和人类基因组之间存在的惊人差异。
基因重组是指在精子和卵子的形成过程中使亲代DNA重新洗牌的生物学过程。这一基础过程几乎为所有的生命形式所共有——没有洗牌的过程，我们就会成为遗传上完全相同的个体。自然选择会对这种多样性发挥作用，推动“优胜劣汰”，选择有利的遗传模式
来自牛津大学维康信托基金人类遗传中心的Gil McVean教授、Peter Donnelly教授和芝加哥大学霍华德•休斯医学研究所的Molly Przeworski领导了这项旨在揭示近代人类和灵长类历史上基因重组进化机制的研究项目。为了达到这一目的，他们对10只西非黑猩猩进行了全基因组测序，鉴别了它们之间DNA序列的差异。
研究人员发现在黑猩猩基因组中，每1000个碱基就大概有1个碱基差异。通过分析这些DNA差异，他们绘制了黑猩猩祖先基因重组位点图谱，并将这一图谱与来自其他研究的人类基因重组的模式进行了比较。
在此前的研究中，该研究小组与来自牛津大学的Simon Myers博士一同证实黑猩猩和人类的基因重组只发生在基因组中被称之为“重组热点”的某些特异位点。其中大约40%的热点具有相同的包含13个碱基的DNA序列或基元。
在新研究中，研究人员发现人类和黑猩猩的基因重组热点位置没有重叠。研究人员对此感到非常意外，因为人类和黑猩猩基因组之间存在98.5%的相似性，在细胞和生物体水平上也有着广泛的相似性。
McVean教授解释说：“基因重组可以比作重新洗牌，孩子们被赋予与他们的父母不同的遗传‘手’。我们知道在许多情况下基因重组发生在特殊的13碱基DNA序列。由于人类和黑猩猩在遗传上非常相似，我们过去将其解释为选择了相同的位点‘切牌’。但事实上，通过新研究我们发现情况并非如此。”
近期的研究发现一种称之为PRDM9的蛋白结合到了13碱基DNA基序上，该蛋白被认为在识别人类和其他物种基因重组发生位点中发挥了关键性的作用。然而生成这种蛋白的基因在人类和黑猩猩之间存在显著的差异，甚至是黑猩猩间也是如此。研究人员认为这或可用于解释缺乏重叠的原因——PRDM9基因的差异有可能导致蛋白靶向了黑猩猩和人类基因组中的不同基因重组位点。
Donnelly教授说：“这是存在于人类和黑猩猩之间的令人感到兴奋的差异。PRDM9有可能是650万年前人类与黑猩猩分离后进化最快的基因之一。它对那些表明基因在某种程度上决定了基因重组位点的研究提供了支持。”
尽管人类和黑猩猩的重组热点定位存在差异，但两者的基因重组率却相似。在进化中染色体发生重大重排的位点这一过程会被扰乱——例如，人类2号染色体是两个黑猩猩染色体的融合体，这影响了基因组该位点的基因重组率。
牛津大学维康信托基金人类遗传中心的Oliver Venn说：“这是第一次对我们的最近亲进行全基因组遗传变异研究。同时，研究的目的是为了增进我们对于基因重组及其进化机制的了解，它有可能会告诉我们一些关于物种如何产生及根源的信息。”
A Fine-Scale Chimpanzee Genetic Map from Population Sequencing
Auton, Adam; Fledel-Alon, Adi; Pfeifer, Susanne; Venn, Oliver; Ségurel, Laure; Street, Teresa; Leffler, Ellen M.; Bowden, Rory; Aneas, Ivy; Broxholme, John; Humburg, Peter; Iqbal, Zamin; Lunter, Gerton; Maller, Julian; Hernandez, Ryan D.; Melton, Cord; Venkat, Aarti; Nobrega, Marcelo A.; Bontrop, Ronald; Myers, Simon; Donnelly, Peter; Przeworski, Molly; McVean, Gil
To study the evolution of recombination rates in apes, we developed methodology to construct a fine-scale genetic map from high throughput sequence data from 10 Western Chimpanzees, Pan troglodytes verus. Compared to the human genetic map, broad-scale recombination rates tend to be conserved, but with exceptions, particularly in regions of chromosomal rearrangements and around the site of ancestral fusion in human chromosome 2. At fine-scales, chimpanzee recombination is dominated by hotspots, which show no overlap with humans even though rates are similarly elevated around CpG islands and decreased within genes. The hotspot-specifying protein PRDM9 shows extensive variation among Western Chimpanzees, and there is little evidence that any sequence motifs are enriched in hotspots. The contrasting locations of hotspots provide a natural experiment, which demonstrates the impact of recombination on base composition.
文献链接：https://www.sciencemag.org/content/early/2012/03/14/science.1216872.abstract
