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中外科學(xué)家揭示生命演化動力之謎——

動物繁殖能力影響世代間基因突變率

本報北京3月2日凌晨電（記者張蕾）“不同物種DNA突變速率不同，繁殖能力差異是重要原因”——中外科學(xué)家團隊通過跨物種比較分析，揭示了不同物種胚系突變率差異的根本原因和演化規(guī)律。相關(guān)研究成果3月2日凌晨發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上。

作為遺傳多樣性的最終來源和演化的重要驅(qū)動力，DNA突變是演化生物學(xué)和醫(yī)學(xué)基因組學(xué)的重點關(guān)注對象。生物的后代產(chǎn)生與父母不同的新性狀，根本原因在于生殖細胞的DNA突變導(dǎo)致代際間的基因組產(chǎn)生差異。而在不同物種中，這種代際間新發(fā)突變產(chǎn)生的頻率并不相同，其原因一直困擾著生物學(xué)家。

通過對哺乳動物、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進行測序分析，研究人員準確測量了每個物種新生突變的發(fā)生率。“不同物種每一代生殖細胞產(chǎn)生的突變率相差可達40倍——平均而言，爬行動物和鳥類每一代的突變率高于哺乳動物和魚類。”論文第一作者、來自丹麥哥本哈根大學(xué)的露西·伯杰龍（Lucie Bergeron）博士介紹,考慮到這些物種間生活史特征的巨大差異，40倍并不算非常大——“這說明引發(fā)生殖細胞的DNA變異，脊椎動物的機制比較相似”。

生物學(xué)界的“雄性驅(qū)動演化”假說認為，在哺乳動物和鳥類中，雄性生殖細胞分裂的次數(shù)要比雌性多得多，這導(dǎo)致胚系突變率在同一物種不同性別之間出現(xiàn)偏差。“或者說，你產(chǎn)生的新變異主要來自父親的基因組發(fā)生突變，但父母雙方分別貢獻了多大比例，我們知之甚少。”論文通訊作者、浙江大學(xué)生命演化研究中心教授張國捷表示，團隊在該問題上獲得了更全面的認識，并對相關(guān)理論提出補充——“鳥類后代中新出現(xiàn)的突變，大約75%來自父親生殖細胞的變異；在哺乳動物中，這一比例大約是67%；而在魚類和爬行類動物中，雌雄雙方對后代新生變異的貢獻接近一致”。

分析物種間生活史特征的差異對突變率的影響后，研究人員發(fā)現(xiàn)，物種的性成熟年齡越早，或者每一代的后代數(shù)目越多，生殖細胞的每一代突變率就越低。在人工飼養(yǎng)的動物中，由于適合生育的生殖年齡降低，馴化品種相對于野生物種在生殖細胞中具有更高的年均突變率。此外，他們還證明了遺傳漂變對物種胚系突變率也存在影響，即物種的有效種群規(guī)模越大，每一代新突變的產(chǎn)生速率就越低。

胚系突變是物種演化的源頭動力，突變率大小影響物種的演化潛力，對物種產(chǎn)生新的性狀具有重要影響。“我們的研究表明，突變率本身同其他生物性狀一樣，在不同物種間存在差異，同時在宏觀演化過程中也會受到其他生物性狀的影響。”張國捷強調(diào)。

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