最新研究揭示：基因突变如何推动人类进化
最新研究揭示：基因突变如何推动人类进化
最新科学研究揭示，基因突变在人类进化过程中扮演着至关重要的角色。一个国际研究团队通过对68万个顺式调控元件（CREs）的分析，发现这些控制基因表达的DNA序列在人类疾病和进化中发挥着重要作用。这一突破性研究不仅加深了我们对人类基因组功能的理解，还为探索生命奥秘提供了新的视角。
基因突变：进化的重要驱动力
在生物学中，基因突变是指DNA序列的改变，这种改变可以是单个碱基的替换，也可以是大片段的插入或删除。虽然大多数基因突变是无害的，但某些突变可能会对生物体产生深远影响，甚至推动物种的进化。
最近，一个国际研究小组在理解基因表达调控方面取得了重大进展。他们对顺式调控元件（CREs）——控制基因转录的DNA序列进行了全面分析。这项研究为CREs如何驱动细胞特异性基因表达以及这些区域的突变如何影响健康并导致疾病提供了有价值的见解。
创新技术揭示基因调控奥秘
为了全面分析CREs的活动，研究团队使用了一种名为基于慢病毒的大规模并行报告基因测定（lentiMPRA）的尖端技术。这种方法通过标记独特的DNA条形码来追踪它们的活动，从而可以同时分析数千个CREs。
研究人员在三种广泛使用的细胞类型中检测了多达68万个候选CREs：肝细胞、淋巴细胞和诱导多能干细胞。研究发现，在这三种细胞类型中，大约41.7%的CREs表现出活性。启动子（开始基因转录的序列）对细胞类型特异性较低，而增强子（促进基因转录的序列）则表现出明显的细胞类型特异性。
机器学习助力预测基因调控
基于大规模实验数据，研究团队开发了多个机器学习模型来预测CREs的调节活动。其中，MPRALegNet模型在预测任何DNA序列的调控活性方面表现最为出色，其预测结果与实验数据高度一致。
该模型还能够识别关键的转录因子结合基序，这些短DNA序列决定了CRE的活性。例如，研究发现HNF4和GATA基序分别对肝细胞和淋巴细胞的活性至关重要。
基因突变与人类进化
基因突变是生物进化的重要驱动力。在人类进化过程中，某些有利的基因突变被自然选择保留下来，帮助我们的祖先更好地适应环境。例如，控制乳糖耐受性的基因突变使得一些人群能够在成年后继续消化乳糖，这在农业社会中具有明显的优势。
然而，基因突变也可能导致疾病。通过深入研究CREs的活动，科学家们希望能够更好地理解遗传多态性如何影响个体差异和疾病易感性。这项研究为ENCODE门户网站提供了一个可公开访问的CRE活动数据库，为全球研究人员提供了宝贵的资源。
展望未来
随着基因组学和个性化医疗的不断发展，对基因突变和基因调控的研究将变得更加重要。通过将大规模实验数据与机器学习相结合，科学家们正在为未来的重大发现奠定基础。这些研究不仅有助于我们理解生命的本质，还可能为治疗遗传性疾病提供新的思路。
正如中国工程院院士丛斌所指出的，生命科学正在经历一场深刻的变革。从传统的描述性科学到假设驱动的实验科学，再到现在的数据密集型研究，科学研究范式的转变正在推动我们更深入地探索生命的奥秘。而基因突变作为进化的重要驱动力，将继续在这一探索过程中扮演关键角色。