遗传变异的热点如何在人类DNA中进化

是什么让一个人彼此不同，这些差异是如何演变的?

布法罗大学生物学家的一项研究正在阐明这个复杂问题的一个方面。该研究调查了人类基因组内遗传变异的热点，检查了我们的DNA部分，这些部分最有可能因人而异。这些研究结果揭示了一个复杂的进化历史，揭示了人类DNA的可塑性，并指出了我们作为一个物种的适应性和微妙性。

“我们在理解基因组变异如何发生方面取得了一些进展，”UB艺术与科学学院生物科学助理教授Omer Gokcumen博士说。“通过进化保护和保存基因组的哪些部分?哪些部分不受保护，为什么?“以前的工作表明结构变异 - 缺失，重复，DNA的其他改变 - 它们并不是在整个基因组中均匀分布。有沙漠和热点。最大的问题是这种聚类是否具有生物学意义，是否它是随机的或由进化力量驱动。我们的研究解决了这个问题。“

这项研究于3月18日在线发表在Genome Biology and Evolution杂志上，由Gokcumen和UB生物科学博士进行。候选人Yen-Lung Lin，毕业后将很快开始在芝加哥大学担任博士后研究员。

探索成千上万基因组的架构

在人类基因组是一个人的DNA的全部。基因 - 通过告诉我们的身体如何构建重要蛋白质来影响眼睛颜色和疾病风险等特征的DNA片段 - 占我们基因组的1.5%左右。其余的由非编码DNA组成，其功能(或缺乏)是科学家们争论的话题。

每个人的基因组都不同，这项新研究比较了超过2500个人的DNA。科学家们注意到基因组中人与人之间差异最大的部分，确定了1,148个具有异常高数量结构变异的区域，包括重复，删除，插入，倒置或重复的DNA片段。

关于人类DNA可塑性的新见解

对这些“热点”的考察揭示了复杂的进化故事。正如预期的那样，大多数都存在于基因组贫乏的基因组中。(改变基因会导致破坏性的健康问题，因此通过进化，基因丰富的区域往往会更加保守，Gokcumen解释道。)

然而，在携带重要基因的基因组部分中发现了一小部分结构变异热点。根据该研究，在这些中心中，与我们的嗅觉，血液和皮肤功能以及对疾病的免疫力相关的基因过多。平衡选择 - 其中决斗进化力驱动物种保持一系列特征 - 可能有助于解释为什么存在这些基因沉重的热点。

一个例子：在这项研究中，撒哈拉以南非洲人口中大约16%的基因发现了一种DNA缺失，这种缺失增加了人们患有地中海贫血症的风险。虽然进化主要是从世界其他地区的人类社会中消除这种遗传变异，但撒哈拉以南非洲的变异仍然存在，因为它在那里很有价值，Gokcumen说：删除可能会导致对疟疾的抵抗，这是该地区的一种主要疾病。

“尽管有这种突变的影响，但这种突变仍然存在进化的原因，”他说。“它实际上也是有益的，至少对一些人来说。平衡选择对于适应很重要，我们认为它有助于一些结构变异热点的发展。”

如果关于平衡选择的发现展示了人类的适应性，那么该研究的第二个结果就暗示了我们有多么微妙 - 问题可以轻易出现。该结论与人类DNA的可塑性有关，并且一些变异的热点可能位于基因组的部分中，这些部分由于生物化学原因而更容易被改变。

在大多数人中，这些地区的基因突变并不具有破坏性。但在某些情况下，从一个热点开始并在另一个热点结束的大型遗传缺失可能导致整个基因之间的擦除，导致健康并发症，Gokcumen说。一个例子：该研究发现，许多连续的结构变异热点位于矮身高同源框(SHOX)基因的两侧，其缺失可导致严重的骨骼生长障碍，导致身材非常短暂。在一些缺少SHOX基因的人中，DNA的缺失始于一个热点，跨越整个SHOX基因，并在第二个热点结束。

当Gokcumen和Lin进行统计检验时，他们发现具有已知医学相关性的大型基因突变的起点和终点在结构变异热点中发现的频率超出预期。

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