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Science:新遗传研究引发科学界争议

在早期胚胎中非整倍体(细胞染色体数目异常)极为常见,是导致妊娠终止的一个主要原因。发表在4月9日《科学》(Science)杂志上的一篇研究报告揭示,导致这种非整倍体的原因与母亲携带的一种遗传突变有关联。令人惊讶的是,结果表明这种突变非常常见,似乎在人类进化过程中经历了正选择。


加州大学圣克鲁斯分校进化遗传学家Ed Green(未参与该研究)说:“他们提供了极好的证据,表明这一遗传变异经历了正选择,但它却对生殖造成了影响……降低了胚胎的生存力。这与我们认识的达尔文正选择观点完全背道而驰,它需要一个解释。”


大约75%的人类胚胎会表现出某种形式的非整倍性,其中大多数会导致妊娠失败。事实上,只有不到30%的受孕会导致现实的妊娠。妇女卵子中出现非整倍体,即所谓的减数分裂起源非整倍体的可能性,随着年龄的增长而升高,“然而即便在卵子没有任何问题之时,在胚胎的前几次细胞分裂中也可以导入一些错误,这非常的常见。事实上,有丝分裂起源的非整倍体比减数分裂起源的非整倍体要更为常见,”论文的主要作者、斯坦福Dmitri Petrov实验室研究人员Rajiv McCoy说。


McCoy说,由于体外受精(IVF)过程中胚胎筛查技术的出现,已发现了惊人数量的有丝分裂起源非整倍体。但在接受IVF的夫妇之间有丝分裂非整倍体的比率差异巨大。为了了解有可能是什么驱动了这一变异,研究小组探究了在体外受精生成的3日龄胚胎中非整倍体的存在是否与患者基因组中的某些核苷酸变异之间有关联。


全基因组关联研究(GWAS)显示父母遗传标记与减数分裂非整倍体事件之间没有关联。GWAS也没有发现父母基因组和有丝分裂非整倍体事件有遗传关联。但它却揭示出了有丝分裂非整倍体与母亲基因组4号染色体上的一个单核苷酸变异(SNP rs2305957)之间的惊人联系。


胚胎生命最初的几次分裂需要利用随卵子遗传的蛋白质机器。研究小组兴奋地发现,rs2305957在酶PLK4的编码基因的附近。PLK4激酶对于组织有丝分裂纺锤体极至关重要。


约翰霍普金斯大学的Andrew Holland(未参与该研究)说:“鉴于PLK4的功能,它绝对有可能导致作者们观察到的现象。”但他也警告说,除了在这一关联区域内,“我们真的没有任何证据证实,PLK4的一些改变引起了这一表型。”


无论PLK4基因实际上是否影响了胚胎中非整倍体增加,结果表明rs2305957变异非常常见。研究小组发现它以高达45%的频率存在于不同人类群体中。研究人员指出,尼安德特人(Neanderthal)基因组没有这种变异,它却以高频率存在于现代人群中表明,它在人类进化过程中经受了正选择压力。事实上,以往研究人员通过与尼安德特人基因组进行序列比对鉴别出了包含rs2305957的区域,其显示出一些正选择的特征。


那么为什么一个明显有害的变异会在人群中保持下去?有可能这一突变与其他有益的遗传性状有关联,只是在进化上搭便车达到了高频率。也可能rs2305957变异自身是有益的。Petrov倾向于后者。


他认为,携带这种rs2305957变异的妇女成功妊娠的几率下降可以帮助建立亲子关系混乱——这一假说认为,在早期人类群体中男性不确定孩子是否是他自己的是有益处的。这一理论认为这确保了所有的孩子都能够得到公平的照顾,整体上让群体受益。


Green说:“有许多的人类特征和行为可通过亲子关系混乱来进行解释。比如,不同于其他的灵长类动物和猿类,人类的女性在排卵时没有身体的征兆。但因为混淆亲子关系的需求如此强烈……我们就进化出了降低胚胎生存力的能力?这太疯狂了。”


Green说:“由于这些结果看起来如此矛盾,我担心提出任何一种理论在某些方面都会让人感觉不对头。”


原文链接:Common variants spanning PLK4 are associated with mitotic-origin aneuploidy in human embryos


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