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一直以來，科學(xué)家都想要知道人類與其他猿到底有何區(qū)別。

如今，一項新發(fā)表于《自然》雜志的研究，報道了一項里程碑式的進(jìn)展：科學(xué)家首次對六種猿類完成了從端粒到端粒（T2T）的基因組測序，為揭示人類與猿之間的基因差異打開了前所未有的窗口。

一場二十年的基因組探險

基因組是細(xì)胞中的完整DNA指令集，對其進(jìn)行測序，意味著要弄清楚DNA分子中每一個“字母”（即堿基）的種類和排列順序。自2001年人類基因組首次被測序以來，獲取高質(zhì)量的猿基因組就一直是人類遺傳學(xué)的優(yōu)先目標(biāo)之一。

然而，由于猿基因組非常龐大，并且包含豐富的重復(fù)序列，使得猿基因組中有相當(dāng)一部分區(qū)域一直難以準(zhǔn)確測序。雖然以往已有零散的猿基因組數(shù)據(jù)發(fā)布，但從未有研究成功組裝出完整的基因組序列。

這次，研究人員借助長讀測序技術(shù)與先進(jìn)的組裝算法，實現(xiàn)了從染色體一端到另一端的無間隙讀取，并組裝出了六種猿類的高質(zhì)量基因組圖譜。這六中猿類分別是合趾猿（

Symphalangus syndactylus

蘇門答臘猩猩

Pongo abelii

婆羅洲猩猩

Pongo pygmaeus

大猩猩

Gorilla gorilla

倭黑猩猩

Pan paniscus

）和黑猩猩

Pan troglodytes

）。

研究團(tuán)隊在每個物種中都發(fā)現(xiàn)了770~1482個可能的新基因，還發(fā)現(xiàn)了隱藏在過去無法企及的基因組區(qū)域的不同尋常的DNA結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊估計，這些新組裝的猿基因組中，已有99%以上的序列被成功解析，質(zhì)量可與當(dāng)前最高水平的人類參考基因組相媲美。

猿與人類的分化

在這項新研究中，研究人員構(gòu)建了一個“10路泛基因組圖譜”，對比了6種猿與4個人類基因組，并繪制出了“種間圖譜”。

這一圖譜揭示了猿與人類在免疫系統(tǒng)、壽命、腦發(fā)育等方面的基因差異，其中許多差異可能與衰老、語言習(xí)得、精神疾病和免疫機(jī)制有關(guān)。

現(xiàn)存與人類親緣關(guān)系最近的靈長類動物是黑猩猩和倭黑猩猩。新的分析結(jié)果顯示，人類與黑猩猩大約在550萬至630萬年前開始分化。雖然兩者基因組的總體相似度高達(dá)99%，但新研究強(qiáng)調(diào)，在某些功能關(guān)鍵區(qū)域存在顯著差異，可能正是這些細(xì)微差別，造成了認(rèn)知、語言與行為等層面的巨大鴻溝。

進(jìn)一步的分析還顯示，非洲猿（大猩猩、黑猩猩、倭黑猩猩和人類）與其他猿的分化發(fā)生在1060萬~1090萬年前；而猩猩則更早，在1820萬~1960萬年前便從共同祖先中分離。

這些新的基因組數(shù)據(jù)，為研究猿類物種的形成機(jī)制提供了新視角，挑戰(zhàn)了現(xiàn)有的進(jìn)化理論模型。

快速進(jìn)化區(qū)域

通過深入分析這些高質(zhì)量的基因組，研究人員首次系統(tǒng)性地識別了各物種中進(jìn)化速度最快的基因組區(qū)域。這些區(qū)域的突變率加快，往往與某一物種中新基因的出現(xiàn)有關(guān)。

其中結(jié)構(gòu)最多樣、基因最豐富的區(qū)域是是主要組織相容性復(fù)合體（MHC）。這是一大片基因簇，負(fù)責(zé)編碼細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)幫助免疫系統(tǒng)區(qū)分無害的“自我”和有害的“入侵者”。通過與人類基因組相比，研究發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域展現(xiàn)出古老的、物種特異的差異，可能有助于解釋某些僅見于人類的疾病。

片段重復(fù)

在評估被稱為“祖先快速進(jìn)化區(qū)域”的基因組時，研究人員發(fā)現(xiàn)，人類中這種類型區(qū)域的數(shù)量是之前發(fā)現(xiàn)的兩倍多。通常（但非絕對），這些區(qū)域的特征是高度重復(fù)的DNA。

在人類和猿的進(jìn)化研究中，研究人員對基因組中的片段重復(fù)區(qū)域尤為感興趣。這些區(qū)域富含基因，長度從幾千到幾百萬個堿基不等，往往包含多個序列高度相似的基因拷貝。片段重復(fù)之所以重要，是因為它們不僅與多種人類疾病密切相關(guān)，也在猿的進(jìn)化過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

片段重復(fù)常見于某些類型的染色體的短臂上，這些染色體不是中間相連的，而是偏離中心的，因此它們具有不同的臂長。染色體13、14、15、21、22就是這些“近端著絲粒染色體”的典型例子。

研究發(fā)現(xiàn)，猩猩比其他猿類擁有更多近端著絲粒染色體。與非洲猿相比，猩猩也具有最多的片段重復(fù)。整體而言，黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩的片段重復(fù)數(shù)量也高于人類和其他靈長類動物。

這是研究人員首次在DNA的堿基對水平上研究著絲粒區(qū)域的基因序列、結(jié)構(gòu)和進(jìn)化。他們還報告了黑猩猩和倭黑猩猩著絲粒結(jié)構(gòu)和大小的差異。

大約180萬年前，倭黑猩猩和黑猩猩在地理上被剛果河分開，并沿著各自的進(jìn)化路線分化。盡管倭黑猩猩的著絲粒比黑猩猩的要小得多，但它們的功能齊全。

總的來說，分析片段重復(fù)使科學(xué)家能夠確定每種猿的譜系特異性。利用這些新的數(shù)據(jù)，研究人員正試圖根據(jù)位置和組成，對每個物種的片段重復(fù)進(jìn)行分類。

我們?yōu)楹为?dú)特？

大多數(shù)進(jìn)化生物學(xué)家認(rèn)為，人類與黑猩猩的差異，主要源自于起源上的調(diào)節(jié)——高度保守的基因在何時何地表達(dá)的細(xì)微變化。

而新研究發(fā)現(xiàn)，有數(shù)百個新識別的蛋白編碼基因嵌入在片段重復(fù)區(qū)域中，而且是每個猿類物種都有其獨(dú)有的一部分。其中一些基因已被證實與人類特有特征有關(guān)，例如腦體積擴(kuò)大。

這項研究是一次跨越二十多年的國際協(xié)作成果。來自全球40多個研究機(jī)構(gòu)的123位科學(xué)家，通力合作完成了基因組的采樣、組裝、質(zhì)控與分析工作。

雖然科學(xué)家相信猿基因組樣本幾乎已經(jīng)完全完成，但研究人員表示仍有工作要做，包括填補(bǔ)少數(shù)剩余的復(fù)雜空白，并將大約15個尚未測序的猿類物種或亞種納入考量。

#參考來源：

https://phys.org/news/2025-04-ape-species-genomes-sequenced-telomere.html