王代平团队合作揭示了雀形目鸣禽代表物种新生突变的特征和分布

　　

新生或新发突变（de novo mutations,DNMs）指的是在父母生殖细胞或受精卵中，由于DNA复制（“复制驱动型”）或DNA损伤修复（“损伤诱导型”）自发产生并遗传给子代的突变。它为物种进化提供了“原材料”，也是许多散发性遗传疾病的主要来源。新生突变的发生速率（即突变率）及其特征在许多物种之间以及物种内部的不同性别、个体、染色体之间，甚至染色体的不同区域间都存在差异。然而，鸟类的新生突变研究长期以来较为有限，尤其缺乏对突变特征的深入探索。

近日，中国科学院动物研究所王代平研究团队以雀形目中的重要代表物种——斑胸草雀为研究对象，揭示了该物种新生突变的特征和分布。

研究人员基于两个不同质量的参考基因组，对包含16个子代的4个斑胸草雀家系进行新生突变的检测，分别发现了122和139个候选新生突变位点（图1），并估算突变率分别为6.14 × 10^-9和6.36 × 10^-9/碱基/代。这两个不同基因组组装版本得出的结果高度一致，进一步验证了突变率的准确性。该研究结果为雀形目鸣禽的进化与遗传研究提供了重要参数。

通过对突变位点特征的分析，研究者发现斑胸草雀的突变率呈现显著的性别差异，约80%的新生突变由父系传递（图2）。这一发现与人类等哺乳动物的研究结果相符，表明精子发生过程经历了多次DNA复制，积累了更多突变。进一步分析发现，这种父系偏向的突变主要发生在碱基转换类型（如A > G,C > T）中，尤其是C > T突变在雄性中更为常见；而在颠换类型的突变中未观察到显著差异（图3）。由于碱基转换突变多与DNA损伤修复过程相关，研究结果表明DNA损伤修复可能驱动了父系突变偏向的产生。

鸟类为ZW性别决定系统，Z染色体主要在雄性中遗传，因此预期在父系偏向的模式下，Z染色体的突变率应高于常染色体。研究结果证实了这一预期，发现Z染色体的突变率比常染色体高约4倍，但这一比例远超出其在雄性中停留时间所能解释的预期增长。这一发现表明，除了性染色体的遗传特性外，可能还有其他因素（如DNA修复机制的效率差异）导致性染色体上的突变率升高。

此外，研究人员还探究了新生突变在斑胸草雀基因组中的分布（图4），发现其与重组热点或基因区域无显著关联，进一步验证了突变的随机性。

该研究论文于2024年10月2日以“Characterization and distribution of de novo mutations in the zebra finch”为题在线发表在Communications Biology期刊上。动物研究所梁茜茜博士（现工作单位：北京协和医学院）、博士生杨帅为共同第一作者，王代平研究员为通讯作者，德国弗莱堡大学Ulrich Knief博士参与了该研究。该研究得到了中国科学院率先行动引才计划、第三次新疆综合科学考察、国家自然科学基金委（32270452）等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s42003-024-06945-5

图1??本研究使用的斑胸草雀家系。子代中标注的数字表示利用两个参考基因组分别检测到的新生突变数目。

图2??两个参考基因组版本中的新生突变的亲本来源（红色表示母源，蓝色表示父源）。

图3??两个参考基因组版本中的新生突变的类型。(A)(B)显示了各类型的绝对频数；(C)(D)显示了母源和父源突变的相对频率。星号突出显示了母源和父源之间新生突变类型相对频率的差异（P < 0.05）。

图4??两个参考基因组版本中的新生突变的分布。(A)(B)左侧条形图显示每个染色体上的新生突变数量，右侧条形图代表染色体，不同形状和颜色标记了新生突变的位置。(C)(D)表示染色体大小与每个染色体上新生突变数量