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同樣都是狗為何差異巨大

時(shí)間：2025-11-24 02:31:08 來(lái)源：企業(yè)錄(www.qy6.com)-公司信息發(fā)布,網(wǎng)上買賣交易門戶

在生命的同樣長(zhǎng)河中，每一個(gè)新生命的都狗誕生都伴隨著基因組的微妙變化。這些被稱為“新發(fā)突變”的為何遺傳變異，如同時(shí)間在 DNA 上留下的差異印記，既是同樣進(jìn)化的原料，也是都狗理解生命奧秘的鑰匙。

近日，為何中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所王國(guó)棟研究員領(lǐng)導(dǎo)的差異國(guó)際團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)開創(chuàng)性研究，首次系統(tǒng)解析了家犬獨(dú)特的同樣新發(fā)突變圖景，為我們打開了一扇觀察生命演化的都狗新窗口。

形形色色的為何家犬（圖片來(lái)源：維基百科）

跨越 43 個(gè)犬種的基因之旅

想象一下，從嬌小的差異吉娃娃到威武的德國(guó)牧羊犬，從卷毛的同樣貴賓犬到短腿的臘腸犬——這些外貌迥異的狗狗們，都源自同一個(gè)祖先。都狗

人類在短短幾百年的為何育種歷程中，創(chuàng)造出了 200 多個(gè)犬種，它們?cè)隗w型、外貌和行為上展現(xiàn)出驚人的多樣性。這種快速的表型分化，為科學(xué)家研究突變規(guī)律提供了得天獨(dú)厚的模型。

王國(guó)棟團(tuán)隊(duì)對(duì) 43 個(gè)犬種的 390 個(gè)親子三聯(lián)家系進(jìn)行了深入研究，涵蓋 643 個(gè)個(gè)體。

通過高深度全基因組測(cè)序，研究人員像考古學(xué)家篩選化石一樣，從海量的遺傳信息中精確識(shí)別出 8312 個(gè)新發(fā)突變。這些突變?nèi)缤蚪M上的時(shí)間戳，記錄著從父母到子代的遺傳變化軌跡。

研究發(fā)現(xiàn)，家犬每代每堿基的生殖系突變率約為 4.89×10^⁻⁹。

這個(gè)看似微小的數(shù)字，卻蘊(yùn)含著深刻的進(jìn)化意義。基于這一更為精確的突變速率，研究團(tuán)隊(duì)重新校準(zhǔn)了犬類進(jìn)化史上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)——狼和犬的分歧時(shí)間被精確定位在兩萬(wàn)三千年到三萬(wàn)年之間，這為理解人類最忠實(shí)伴侶的馴化歷程提供了更可靠的時(shí)間框架。

父親的年齡密碼

在遺傳的舞臺(tái)上，父母的年齡扮演著關(guān)鍵角色。研究發(fā)現(xiàn)，父親年齡對(duì)子代突變數(shù)目的影響尤為顯著，而且這種“父源效應(yīng)”在犬類中比人類更加明顯——約高出 50%。這意味著，年長(zhǎng)的公犬更容易將新的突變傳遞給后代。

更有趣的是，不同體型的犬種展現(xiàn)出截然不同的突變積累模式。

小型犬種隨著父親年齡增長(zhǎng)，突變積累速度更快；而大型犬種雖然在生命早期就攜帶較多突變，但隨年齡增長(zhǎng)的突變積累速度反而較慢。

這種差異可能與它們不同的生命史特征有關(guān)——大型犬發(fā)育更快、壽命更短，而小型犬則相對(duì)長(zhǎng)壽。這一發(fā)現(xiàn)暗示著，體型不僅影響狗狗的外表和壽命，還深刻影響著它們基因組的演化動(dòng)態(tài)。

家犬的品類多樣性與其基因組的特殊性密切相關(guān)（圖片來(lái)源：維基百科）

CpG 島上的突變熱點(diǎn)

如果說(shuō)基因組是一片廣闊的海洋，那么 CpG 島就是其中的特殊島嶼。

這些富含 CG 二核苷酸的區(qū)域通常位于基因的調(diào)控區(qū)域，對(duì)基因表達(dá)起著重要作用。令人驚訝的是，研究發(fā)現(xiàn)家犬 CpG 島區(qū)域的突變率竟是基因組平均水平的 2.6 倍，而在人類中并未觀察到這種現(xiàn)象。

這一獨(dú)特現(xiàn)象的背后，隱藏著一個(gè)進(jìn)化的秘密。犬科動(dòng)物是唯一缺失重組關(guān)鍵基因 PRDM9 的哺乳動(dòng)物。

在其他物種中，PRDM9 就像一個(gè)精確的導(dǎo)航儀，引導(dǎo) DNA 重組發(fā)生在特定位置。而失去這個(gè)“導(dǎo)航儀”的犬類，重組事件更多地集中在開放的染色質(zhì)區(qū)域，尤其是 CpG 島。

由于重組過程本身具有致突變性，這就導(dǎo)致了犬類 CpG 島成為突變的“熱點(diǎn)”。

通過比較不同物種的進(jìn)化速率，研究團(tuán)隊(duì)推算出犬科動(dòng)物失去 PRDM9 基因的時(shí)間約為 3730 萬(wàn)年前。這意味著，犬科動(dòng)物已經(jīng)在沒有 PRDM9 的情況下成功演化了數(shù)千萬(wàn)年，展現(xiàn)出生命對(duì)不同遺傳機(jī)制的驚人適應(yīng)能力。

母系遺傳的意外發(fā)現(xiàn)

在這項(xiàng)研究中，一個(gè)特殊的案例引起了科學(xué)家的注意。一只邊境牧羊犬?dāng)y帶了 214 個(gè)新發(fā)突變，是正常水平的近十倍。

更令人驚訝的是，這些突變主要來(lái)自母親，其中 140 個(gè)被確認(rèn)為母源突變。

進(jìn)一步的基因分析發(fā)現(xiàn)，這只狗的母親攜帶了 DNA 錯(cuò)配修復(fù)基因 MLH1 的一個(gè)致病性突變。這是迄今為止首次報(bào)道的母源超突變案例，打破了人們對(duì)生殖系突變主要來(lái)自父系的傳統(tǒng)認(rèn)知。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對(duì)突變機(jī)制的理解，也提示著某些遺傳疾病可能通過母系以意想不到的方式傳遞。對(duì)于臨床遺傳學(xué)和育種實(shí)踐而言，這一發(fā)現(xiàn)具有重要的警示意義。

神經(jīng)發(fā)育基因的富集之謎

研究還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)引人深思的現(xiàn)象：家犬和人類的新發(fā)突變都在神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因中出現(xiàn)富集。

雖然這些突變大多位于非編碼區(qū)域，其具體功能還有待進(jìn)一步研究，但這種跨物種的共同特征暗示著神經(jīng)系統(tǒng)可能是突變的一個(gè)特殊靶標(biāo)。

考慮到狗在認(rèn)知能力、社交行為和情感表達(dá)方面與人類的相似性，這一發(fā)現(xiàn)為將家犬作為神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型提供了遺傳學(xué)基礎(chǔ)。未來(lái)，通過深入研究這些突變?nèi)绾斡绊懮窠?jīng)功能，可能為理解和治療人類神經(jīng)發(fā)育疾病開辟新的途徑。

照見進(jìn)化的鏡子

家犬的突變研究不僅揭示了一個(gè)物種的遺傳奧秘，更為我們理解生命演化的普遍規(guī)律提供了獨(dú)特視角。

PRDM9 基因的缺失、CpG 島的高突變率、體型與突變動(dòng)態(tài)的關(guān)聯(lián)——這些發(fā)現(xiàn)共同勾勒出一幅復(fù)雜而精妙的進(jìn)化圖景。

正如王國(guó)棟團(tuán)隊(duì)的研究所展示的，每一個(gè)物種都在用自己獨(dú)特的方式書寫著進(jìn)化的故事。

家犬作為人類最親密的動(dòng)物伙伴，不僅陪伴著我們的日常生活，也在科學(xué)研究中扮演著不可替代的角色。

通過解讀它們基因組中的突變密碼，我們不僅能更好地理解犬類的遺傳多樣性和疾病易感性，也能從中窺見生命演化的基本法則。

這項(xiàng)研究提醒我們，在生命科學(xué)的探索中，每一個(gè)看似微小的發(fā)現(xiàn)都可能蘊(yùn)含著改變認(rèn)知的力量。從一個(gè)堿基的改變到物種的分化，從父母的年齡到后代的命運(yùn)，生命以其獨(dú)特的方式詮釋著連續(xù)與變化、偶然與必然的辯證關(guān)系。

而科學(xué)，正是我們解讀這部宏大生命之書的鑰匙。

參考文獻(xiàn)

[1]Zhang, SJ., Ma, J., Riera, M. et al. Determinants of de novo mutations in extended pedigrees of 43 dog breeds. Genome Biol 26, 305 (2025). https://doi.org/10.1186/s13059-025-03804-2

策劃制作

出品丨科普中國(guó)

作者丨夏至大阪大學(xué)

監(jiān)制丨中國(guó)科普博覽

責(zé)編丨張一諾

審校丨徐來(lái)、張林林

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