Cell：塑造人类手脚的“垃圾”DNA

来自耶鲁大学医学院的研究人员在一项比较基因组学研究中证实，人类发育四肢中的活性基因受到成千上万的序列调控，并且这些序列有可能推动了人类手和脚的进化。这项在线发表在7月3日的Cell杂志上的研究，并没有描绘出控制人类四肢发育的确切遗传机制，而是为科学家们提供了第一张候选研究因子的全基因组视图。

　　

生物通报道  来自耶鲁大学医学院的研究人员在一项比较基因组学研究中证实，人类发育四肢中的活性基因受到成千上万的序列调控，并且这些序列有可能推动了人类手和脚的进化。这项在线发表在7月3日的《细胞》（Cell）杂志上的研究，并没有描绘出控制人类四肢发育的确切遗传机制，而是为科学家们提供了第一张候选研究因子的全基因组视图。

该研究的资深作者、Kavli研究所研究员、遗传学副教授James P. Noonan说：“我们现在获得了一张有可能阐明这些生物学改变的元件目录表。”

在人类发育早期看到的人类四肢独有特征，表明遗传改变是人类胚胎中这些性状活化的基础。以往的研究是通过将人类基因组与其他灵长类物种基因组进行比较，来鉴别有可能在人类进化过程中发生的遗传序列改变。Noonan和同事们在2008年，利用这种方法鉴别出了一段人类基因调控序列，证实其在发育四肢中显示人类特异性的活性，有可能促成了人类拇指的进化。然而，那时候研究人员并不清楚有多少这样的元件存在于人类基因组中。

为了解答这一问题，Noonan研究小组开始寻找四肢发育过程中，人类、猕猴和小鼠全基因组中这些调控序列的活性差异。

该研究小组采用已知可以识别这些序列的生物化学标记H3K27ac，构建出了每个物种发育四肢中的活性基因调控序列图谱。分析结果表明，尽管三个物种的四肢发育遗传学大体相似，但有一小部分调控序列：13%的启动子和11%的增强子在人类胚胎四肢中尤其活跃。这些序列可能从大约2500万年前人类与猕猴进化分歧以后就获得了活性。

Noonan说，他计划将一些这样的人类特异性调控元件转移到小鼠基因组中，调查它们有可能控制了人类四肢发育的哪些方面。

 “了解人类性状的进化机制非常的困难，因为我们完全不了解重要的遗传改变有可能在何处。现在我们正开展这项工作，并且我们获得了一些实验性工具来确定这些改变可能造成的生物学效应。我们的研究还为了解发育过程中出现的其他人类特异性性状，例如大脑的大小及复杂性增大提供了一张线路图。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The Evolution of Lineage-Specific Regulatory Activities in the Human Embryonic Limb

The evolution of human anatomical features likely involved changes in gene regulation during development. However, the nature and extent of human-specific developmental regulatory functions remain unknown. We obtained a genome-wide view of cis-regulatory evolution in human embryonic tissues by comparing the histone modification H3K27ac, which provides a quantitative readout of promoter and enhancer activity, during human, rhesus, and mouse limb development. Based on increased H3K27ac, we find that 13% of promoters and 11% of enhancers have gained activity on the human lineage since the human-rhesus divergence. These gains largely arose by modification of ancestral regulatory activities in the limb or potential co-option from other tissues and are likely to have heterogeneous genetic causes. Most enhancers that exhibit gain of activity in humans originated in mammals. Gains at promoters and enhancers in the human limb are associated with increased gene expression, suggesting they include molecular drivers of human morphological evolution.