非编码DNA的重复可能影响人类特异性状的进化

根据美国人类遗传学会(ASHG)2017年年会在佛罗里达州奥兰多市提出的结果，人类基因组中大部分非编码DNA的重复可能导致人类和非人灵长类动物之间出现差异。鉴定这些重复包括调控序列，以及它们对性状和行为的影响可能有助于科学家解释遗传对人类疾病的贡献。

Paulina Carmona-Mora博士介绍了这项工作; 梅根丹尼斯博士; 他们在加利福尼亚大学戴维斯分校的同事研究了人类特异性重复(HSDs)的历史，这些重复序列的DNA片段超过1,000个碱基对，在人类中重复但在灵长类动物或其他动物中不重复。在这项研究中，他们关注的是不编码基因的HSD区域，而是调控其他基因的表达。“这些调控元素的特殊之处在于它们倾向于影响同一染色体附近基因的表达，以及基因组中其他地方的基因表达，”丹尼斯博士说。“这意味着一次复制可能会影响许多基因，从而放大其影响。”

丹尼斯博士解释说，由于重复片段的相同性超过98%，因此难以区分它们。结果，它们在许多过去的基因组分析中被丢弃。出于这个原因，研究人员首先创建了一个新的人类参考基因组，其中包括重复的片段。这使他们能够识别可能含有增强子的区域，增强子是增加其他基因表达的调节元件，并评估它们对器官和组织类型的基因表达的影响。

例如，大约三百万年前发生的SRGAP2片段的重复可能与人类特有的几种神经学特征相关，例如大脑中较大的前额皮质和更有效的突触，或脑细胞之间的连接。引人注目的是，当人类特异性SRGAP2C在实验室小鼠胚胎中表达时，小鼠具有相似的结果。除SRGAP2外，所检查的HSD中包含的许多基因与神经发育有关，有些基因也可能对免疫反应有影响。

“我们的结果指出了人与灵长类动物之间的差异，并暗示了我们作为人类的独特之处，”丹尼斯博士说。此外，由于许多易于复制的基因组区域与神经学特征有关，这项工作可能为科学家寻求解释神经疾病(如自闭症，癫痫和精神分裂症)背后遗传机制的未来途径提供建议。

研究人员目前通过比较组织类型的基因表达水平来验证他们发现的候选增强子区域。他们还在评估重复引入对附近区域的结构和功能的影响。最后，他们正在测量原始(祖先)片段与后代中出现的重复片段之间的差异，例如自复制后的序列变化以及对功能的潜在影响。

“我们倾向于将DNA视为线性序列，但这些结果提醒我们它是多么动态，”Carmona-Mora博士说。“令人兴奋的是，不仅基因重复在人类进化中发挥作用，而且监管要素的重复也可能发生 - 即使是那些在预期区域之外的基因。”