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社会等级形成和基因有关?李海鹏课题组揭示羊膜动物社会阶层的形成机制


    

社会等级存在于许多动物中,包括昆虫、鸡、哺乳动物和灵长类动物。井井有条的社会体系使动物能够适应各种生态系统。在理解社会等级制度的遗传学方面,尤其是在昆虫方面,最近取得了许多成就。然而,哪种遗传改变导致胎盘哺乳动物的社会等级的产生,以及是否存在调节羊膜动物社会等级的一般遗传机制尚不清楚。

 

近期,中科院上海营养与健康研究所计算生物学重点实验室李海鹏课题组Cell Research 杂志上发表了题为”Accelerated evolution of an Lhx2enhancer shapes mammalian social hierarchies“的研究论文,开发了一种新的检测正选择方法,并揭示了PAS1-Lhx在羊膜动物中建立社会阶层的至关重要的作用。

 

社会等级形成和基因有关?李海鹏课题组揭示羊膜动物社会阶层的形成机制
摘要:赛业PAS1基因敲除和wPAS1敲入小鼠助力社会行为学研究

 

胎盘哺乳动物祖先谱系中具有加速进化的序列(正选择的标志)可能参与社会等级和胎盘哺乳动物特定性状的调节。因为现有方法只能检测保守和假定功能区域上的加速进化,而且这些方法通常只识别出一种人类加速进化序列,因此研究人员开发了一种新的检测正选择方法和相应的软件Kung-Fu Panda (KFP),可以可靠、准确、快速地筛选整个多基因组比对(包括非保守和保守序列)并查明加速进化区域。

 

全基因组扫描结果显示,正选择作用最显著的区间位于Lhx2 基因上游的非编码区,并被命名为胎盘加速序列1(PAS1)。多项证据表明,PAS1是参与大脑发育的转录因子基因Lhx2的增强子。分离自各种羊膜动物的PAS1在体外表现出不同的顺式调节活性,并在小鼠胚胎的神经系统中不同程度地影响Lhx2的表达。

 

PAS1基因敲除小鼠(赛业生物构建)缺乏社会等级,因此,PAS1的调节活性对于羊膜动物建立组织良好的社会体系至关重要。PAS1敲入小鼠模型(wPAS1基因敲入小鼠由赛业生物提供)表明,PAS1决定了成年小鼠的社会优势和从属地位,并且突变的PAS1甚至可以改变社会地位。所有纯合突变小鼠的睡眠行为,运动协调能力和强度均正常。因此,PAS1-Lhx2对于羊膜动物建立组织良好的社会体系至关重要,并且对PAS1进行正选择在哺乳动物社会等级的发生中起着关键作用。

 

图1. PAS1基因敲除小鼠(赛业生物构建)缺乏社会等级

图1. PAS1基因敲除小鼠(赛业生物构建)缺乏社会等级

 

总而言之,PAS1与社会等级的关联为社会等级的遗传基础提供了新的见解。这项研究不仅提供了第一个证据,证明了在羊膜动物进化过程中社交行为是如何可操纵的,而且还提供了一种研究基因新功能的进化方法。Lhx2的增强子PAS1调节了羊膜动物的社会等级,而PAS1的加速进化形成了许多胎盘哺乳动物的社会等级。这一研究也从另一个侧面表明正选择理论、遗传学、发育生物学和神经生物学相结合是非常重要的。

 

图2. PAS1与羊膜动物社会等级的关联

图2. PAS1与羊膜动物社会等级的关联

 

原文检索:

Wang, Y., Dai, G., Gu, Z. et al. Accelerated evolution of an Lhx2enhancer shapes mammalian social hierarchies. Cell Res (2020). https://doi.org/10.1038/s41422-020-0308-7.

 

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