论文部分内容阅读
认知能力的提高是人类进化中最为显著的特征。现代人大脑除了容量的明显增加，也产生了一些独特的结构和组织方式，成为产生高级认知能力的基础。随着分子进化理论和比较基因组学的发展，研究者开始系统地研究人类大脑区别于其他灵长类物种的遗传学机制。目前认为大脑形态和功能的进化主要是与大脑功能相关基因编码区，表达量的改变有关，同时也跟部分非编码区的改变和少部分新基因的产生，原有基因的丢失有关。
本论文的研究围绕基因编码区和基因表达两个方面展开：(1)大脑表达基因或许跟大脑重要功能相关，我们推测部分大脑表达基因在人类起源过程中发生了快速进化产生了一些有利于人类大脑功能进化的突变，从而被达尔文正向选择固定下来。(2)通过基因芯片和定量PCR，发现一个跟神经元分化，成活和成熟有关的基因Shc3在人类中特异上调表达，推测是由于Shc3调控元件在人类中发生变化造成表达量的在人类中增加。
采用生物信息学的方法，选择猕猴做外群，我们进行了2633个人类大脑表达基因在人和黑猩猩中的进化分析。研究发现了47个基因在人类进化中受到了达尔文自然选择，而且在大脑里最大量表达的基因在人类中的进化速率也高于在黑猩猩中的。通过比较分析，还发现用人类近缘物种猕猴做外群进行人类中的分子进化研究要优于用小鼠这样的远缘物种。
Shc3基因属于Shc蛋白家族，它通过长效活化MAPK信号通路和影响P13K-Akt-Bad信号通路增强神经干细胞向神经元分化的能力，增进神经元成活和成熟的能力。本研究中，通过转染细胞，采用双荧光素酶报告系统，检测Shc3基因在人中特异的上调表达是否是由该基因启动子区域于人与其他灵长类之间的差异造成的。结果发现无论是在293T(人肾上皮细胞)还是在SK-N-SH(人神经母瘤细胞)中，人与黑猩猩，黄猩猩启动子序列差异虽然能造成显著的转录活性差异(p<0.05)，可是却表现为黑猩猩和黄猩猩的转录活性更强；另外，人与猕猴的启动子序列差异并未造成转录活性显著差异(p>0.05)。这些结果与体内实验结果(基因芯片和定量PCR实验数据)相反。因此，Shc3基因的表达调控可能存在远程的调控序列和其他的调控因子。