中外科学家揭示生命演化动力之谜--动物繁殖能力影响世代间基因突变率

“不同物种DNA突变速率不同，繁殖能力差异是重要原因”——中外科学家团队通过跨物种比较分析，揭示了不同物种胚系突变率差异的根本原因和演化规律。相关研究成果3月2日凌晨发表在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上。

作为遗传多样性的最终来源和演化的重要驱动力，DNA突变是演化生物学和医学基因组学的重点关注对象。生物的后代产生与父母不同的新性状，根本原因在于生殖细胞的DNA突变导致代际间的基因组产生差异。而在不同物种中，这种代际间新发突变产生的频率并不相同，其原因一直困扰着生物学家。

通过对哺乳动物、鸟类、爬行类和鱼类等68种脊椎动物323个家系的高深度基因组进行测序分析，研究人员准确测量了每个物种新生突变的发生率。“不同物种每一代生殖细胞产生的突变率相差可达40倍——平均而言，爬行动物和鸟类每一代的突变率高于哺乳动物和鱼类。”论文第一作者、来自丹麦哥本哈根大学的露西·伯杰龙（Lucie Bergeron）博士介绍,考虑到这些物种间生活史特征的巨大差异，40倍并不算非常大——“这说明引发生殖细胞的DNA变异，脊椎动物的机制比较相似”。

生物学界的“雄性驱动演化”假说认为，在哺乳动物和鸟类中，雄性生殖细胞分裂的次数要比雌性多得多，这导致胚系突变率在同一物种不同性别之间出现偏差。“或者说，你产生的新变异主要来自父亲的基因组发生突变，但父母双方分别贡献了多大比例，我们知之甚少。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心教授张国捷表示，团队在该问题上获得了更全面的认识，并对相关理论提出补充——“鸟类后代中新出现的突变，大约75%来自父亲生殖细胞的变异；在哺乳动物中，这一比例大约是67%；而在鱼类和爬行类动物中，雌雄双方对后代新生变异的贡献接近一致”。

分析物种间生活史特征的差异对突变率的影响后，研究人员发现，物种的性成熟年龄越早，或者每一代的后代数目越多，生殖细胞的每一代突变率就越低。在人工饲养的动物中，由于适合生育的生殖年龄降低，驯化品种相对于野生物种在生殖细胞中具有更高的年均突变率。此外，他们还证明了遗传漂变对物种胚系突变率也存在影响，即物种的有效种群规模越大，每一代新突变的产生速率就越低。

胚系突变是物种演化的源头动力，突变率大小影响物种的演化潜力，对物种产生新的性状具有重要影响。“我们的研究表明，突变率本身同其他生物性状一样，在不同物种间存在差异，同时在宏观演化过程中也会受到其他生物性状的影响。”张国捷强调。