973首席科学家发现基因功能新起源

　　生物通综合：来自中科院昆明动物所的研究人员发现在哺乳动物的一个重要转录抑制因子CDYL基因中，新外显子反复在不同哺乳动物谱系中发生，而且这些新外显子能给该基因带来很大的功能改变，这说明基因中新外显子的出现也是增加蛋白多样性和新功能起源的一种重要方式。这一研究成果公布在国际著名遗传学刊物《Trends in Genetics》上。

领导这一研究的是中科院中国科学院昆明动物所研究员，副所长，中德马普青年科学家进化基因组学小组组长王文博士。《Trends in Genetics》审稿人评价这一工作是研究基因组进化和外显子进化的一个重大进步。

生物进化的重要特征就是新适应性功能的不断出现。这一过程的遗传基础一直是生物学研究的重要方向。新基因的出现、选择性剪切和基因表达调控的改变是已经报道的3种重要机制。

中科院昆明动物所王文研究员领导的马普进化基因组学小组发现基因中新外显子的出现也是增加蛋白多样性和新功能起源的一种重要方式。他们发现在哺乳动物的一个重要转录抑制因子CDYL基因中，新外显子反复在不同哺乳动物谱系中发生，而且这些新外显子能给该基因带来很大的功能改变。

让科研人员感到特别有意思的是，在包括人在内的大猿进化过程中，从大猩猩开始，到黑猩猩和人，CDYL基因也进化出了新的外显子，对人类的进化做出了贡献。 

附：
王文，博士生导师，现为中国科学院昆明动物所研究员，副所长，中德马普青年科学家进化基因组学小组组长。1989年毕业于武汉大学生物系, 获学士学位。1992年在已故动物遗传学家施立明院士指导下在中国科学院昆明动物研究所获得硕士学位。1995年10月-1996年6月在美国哥伦比亚大学作访问学者。1996年在施立明院士和吴鹤龄教授指导下在昆明动物研究所获得博士学位。1997年8月至2002年7月美国芝加哥大学生态与进化学系博士后暨研究助理。2002年经中国科学院和德国马普学会招聘成为昆明动物所进化基因组学马普青年科学家小组组长。2004获得国家杰出青年基金。2004年“新世纪百千万人才工程国家级首批入选者”。2005年获得国家基金委重点项目资助。2007年作为首席科学家获得了“973”项目的支持。在新基因、新功能起源进化研究方面取得了一些重要结果。近些年的研究一直紧紧围绕新基因的进化和起源这一重大科学问题。目前已经分别在《Science》、《Nature Genetics》、《PNAS》、《Nature》、《Nature Review Genetics》、《Genome Research》、《Plant Cell》、《PLoS Genetics》、《Genetics》、《Mol Bio Evol》、《中国科学》、《科学通报》等一系列重要学术杂志上发表多篇论文。

近期研究课题：

在未来几年里，我们将主要围绕基因组中新基因、新功能的起源进化和基因组的进化机制进行研究。现阶段主要有以下三个研究课题：

1、年轻新基因的起源进化及其在生物发育和进化中的作用。遗传、发育和进化是生命科学中的本质问题。传统的进化发育生物学（Evo-Devo）更多是探讨动物中古老的、共有的发育机制，很多看法和假说难以在物种分化的水平得到验证和阐释。最近Evo-Devo的新发展则主要侧重于种内或近缘种间基因的调控改变。但我们近期关于新基因及其功能起源进化的研究表明，一个崭新基因的出现能对表型或发育过程产生重要的影响。我们计划利用我们过去几年中在果蝇中鉴别出来的一批年轻新基因，结合分子进化、进化基因组学、转基因和基因敲出、基因芯片、蛋白双向电泳、蛋白相互作用、表型分析等技术手段，阐明这些与动物发育和进化相关的新基因及其新功能的起源进化机制，并以它们为模型揭示新pathway起源进化和维持调整的机制，对比其他无新基因的近缘物种探讨发育上新功能和性状的发生对物种适应的意义，开辟一条认知遗传、发育和进化统一的新道路。

2、新pathways起源进化的机制。我们将利用酵母、果蝇等作为模型，以年轻新基因为切入点，研究一个新基因出现后，是怎样组织新的pathways或调控老的pathways。

3、人工选择和基因组进化的机制。家养动物和栽培作物是人类文明和社会赖以存在和发展的重要物质基础。但是，自达尔文首次系统论述家养动物和栽培植物因人工选择而发生显著变异的现象以来，因为囿于人工选育性状的复杂性及其往往不遵循典型的孟德尔遗传方式，人们对于人工选择的遗传机制和在人工选择下基因和基因组的变化、进化规律依然知之甚少，甚至比我们对自然选择机制的了解还少。随着基因组数据的大量积累和进化基因组学研究理论和技术的迅猛发展，现在我们已可以在基因组的大尺度水平系统研究人工选择的遗传作用机制。本研究课题计划通过对驯养生物及其野生种基因组水平的大规模比较分析，定义受人工选择作用的大量基因和基因组区域，归纳总结人工选择作用的遗传机制和一般规律，鉴别出一批与人工选择性状相关的重要基因，为遗传和基因工程育种提供重要的理论指导和基因资源。

4、其他进化基因组学研究课题，如动物毒素基因的起源进化、新性染色体的进化、新外显子的进化等。


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代表性论文 (*通讯作者)：

Li, X., Liang, J., Yu, H., Su, B., Xiao, C., Shang, Y.F., Wang, W.* 2007 Functional consequence of new exon acquisition in mammalian CDYL genes. Trends in Genetics 23:427-431. 


Zhao S, Jiang H, Wang W, Mao B. 2007 Cloning and experimental expression of the Xenopus Nkx6 gene. Dev. Gene Evol. 217: 477-483. 


Wang, W., Zheng, H., Fan, C., Li, J., Shi, J., Cai, Z., Zhang, G., Liu, D., Zhang, J., Vang, S., Lu, Z., Wong, G. K. S., Long, M., Wang, J. 2006 High Rate of Chimeric Gene Origination by Retroposition in Plant Genomes. Plant Cell 18:1797-1802. 


Zhou, Q., Huang, L., Zhang, J., Zhao, X., Zhang, Q., Song, F., Chi, J., Yang, F., Wang, W.* 2006 Comparative genomic analysis links karyotypic evolution with genomic evolution in the Indian Muntjac (Muntiacus muntjak vaginalis). Chromosoma 115:427-436. 


Jiang, H, Liu, D., Gu, Z. Wang, W.* 2006 Rapid Evolution in a pair of recent duplicate segments of rice. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 308B:50-57. 


Yu, H., Jiang, H., Zhou, Q., Yang, J., Cun, Y., Su, B., Xiao, C., Wang, W.* 2006 Origination and evolution of a human-specific transmembrane protein gene, c1orf37-dup. Hum. Mol. Genet. 15:1870-1875. 


Arguello, J. R., Chen, Y., Yang, S., Wang, W.*, and Long, M.* 2006 The Recent Origination of an X-linked Testes-specific Chimeric Gene by Illegitimate Recombination in Drosophila. PLoS Genetics 2(5): e77. 


Yu, H., Zhao, X., Su, B., Li, D., Xu, Y., Luo, S., Xiao, C., Wang, W.* 2005 Expression of NF1 Pseudogenes. Hum. Mut. 26:487-488. 


Wang, W. *et al., 2005 Origin and Evolution of New Exons in Rodents. Genome Res. 15: 1258-1264. 


Peng, L., Zheng, H., Li,X., Yang, S., Chen, H., Wang, W.* 2005 Origin and evolution of new exons in the rodent zinc finger protein 39 gene. Chinese Science Bulletin 50: 1120-1125. 


Lee, W. H., Li, Y., Lai, R., Li, S., Zhang, Y., Wang, W.* 2005 Variety of Antimicrobial Peptides in the Bombina maxima Toad and Evidence of their Rapid Diversification. Eur. J. Immunol. 35: 1220-1229. 


Wang, W. as one of the authors of 2005 The genome of Oryza sativa: A history of Duplications. PLoS Biol., 3(2): e38. 


Wang, W. as one of the authors in the Silkworm Genome Sequencing Consortium. 2005 A draft sequence for the genome of the domesticated silkworm (Bombyx mori). Science 306: 1937-1940. 


李昕，杨爽， 彭立新，陈宏，王文* 2004新基因的起源与进化。科学通报，49: 1219-1225. 


Wang, W., Yu, H., Long, M. 2004 Duplication-degeneration as a mechanism of gene fission and the origin of Drosophila new genes. Nature Genetics，36：523-527. 


Wang, W., Thornton, K., Emerson, J. J., Long, M. 2004 Nucleotide variation and recombination along the fourth chromosome in Drosophila simulans. Genetics, 166: 1783-1794. 


Long, M., Betran, E., Kevin, T., Wang, W. 2003 Origin of new genes: Glimpses from the young and old. Nature Review Genetics, 4: 856-875. 


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Betran, E., Wang, W., Jin, L., Long, M. 2002 Evolution of the phosphoglycerate mutase processed gene in human and chimpanzee revealing the origin of a new primate gene. Mol. Biol. Evol. 19: 654-663. 


Wang, W., Thornton, K., Berry, A., and Long, M. 2002 Nucleotide variation along the fourth chromosome of Drosophila melanogaster. Science 295: 134-137. 


Wang, W., Zhang, J., Alvarez, C., Llopart A., and Long M. 2000. The origin of the jingwei gene and the complex modular structure of its parental gene, yellow emperor, in D. melanogaster. Mol Biol. Evol. 17: 1294-1301. 


Wang, W. and Lan, H. 2000 Rapid and parallel chromosomal number reductions in muntjac deer inferred from mitochondrial DNA phylogeny. Mol. Biol. Evol. 17: 1326-1333. 


Wyckoff, G., Wang, W., and Wu, C.-I. 2000 Rapid evolution of male reproductive genes in the descent of man. Nature, 403: 304-309.