第五章基因組的進(jìn)化與分子系統(tǒng)學(xué)

第五章基因組的進(jìn)化與分子系統(tǒng)學(xué)第1頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.生物進(jìn)化的本質(zhì)、原因、動(dòng)力是什么？2.生物進(jìn)化的方式？3.研究生物進(jìn)化的方法？4.研究生物進(jìn)化的意義？5.人類是如何進(jìn)化而來(lái)的？6.基因組進(jìn)化與疾病的關(guān)系?Question第2頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目的：分析比較SARS病毒與冠狀病毒科中病毒基因和蛋白的同源性。方法：利用互聯(lián)網(wǎng)、分子生物學(xué)軟件對(duì)SARS病毒與冠狀病毒科中病毒基因和蛋白同源性分析，構(gòu)建蛋白進(jìn)化樹。結(jié)果：SARS病毒在某些區(qū)域基因序列與冠狀病毒存在相當(dāng)大的差異，具有自身比較保守的基因組序列結(jié)構(gòu)。SARS病毒的三個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白(S、M和N)中與同科其他病毒存在很高的同源性；不同地域SARS病毒的基因序列存在差異。結(jié)論：SARS病毒不是其他冠狀病毒的變異體，而是一種與冠狀病毒類似，可能早已經(jīng)獨(dú)立存在，此前未被人類所認(rèn)識(shí)的新病毒。.SARS病毒基因及蛋白系統(tǒng)分析鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2003,38(3):338-341第3頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一對(duì)SARS-CoV的基因組特征、基因組序列、基因組變異,以及基因組編碼蛋白作了綜述，提示SARS-CoV基因組為無(wú)分段的單鏈正義RNA，存在極強(qiáng)的變異能力，其對(duì)應(yīng)氨基酸序列也存在極多的變異點(diǎn)，探索了解SARS-CoV的致病機(jī)理。SARS病毒的基因組研究概述第4頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)果:1997/200648株毒株P(guān)B2基因核苷酸序列同源性分成兩組，1997/1998毒株為第一組(G1)，2003/2006毒株為第二組(G2)。PB2基因錯(cuò)義置換導(dǎo)致101個(gè)氨基酸位點(diǎn)變異，占比例13.3%(101/759)。提示PB2基因進(jìn)化主要受到自發(fā)突變影響。2003/2006毒株(包括毒株GD-01-06)僅保留一個(gè)糖基化位點(diǎn)(NPT301-303)，丟失3個(gè)糖基化位點(diǎn)，可能影響蛋白致病性和抗原性。

廣東人H5N1毒株P(guān)B2基因進(jìn)化和特性第5頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)論:目前聚合酶B2(PB2)基因進(jìn)化分成兩組，主要受到除自發(fā)突變影響；PB2基因丟失3個(gè)糖基化位點(diǎn)可能影響蛋白致病性。人禽流感H5N1毒株P(guān)B2基因在自然界變異非常頻繁，不斷變異將影響H5N1毒株在人-人傳播能力和引發(fā)大流行。第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,28(17):1547-1550第6頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第7頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)果:2009年3月以來(lái)爆發(fā)的新型A/H1N1病毒株聚合酶B1（polymeraseB1，PB1）基因來(lái)自于人H3N2，其同源性93.7%；聚合酶B2（polymeraseB2，PB2）和聚合酶A（polymeraseA，PA）與禽H5N1同源性較高，同源性分別為89.0%和89.9%；血凝素（hemagglutinin，HA）核蛋白（nucleoprotein，NP）和非結(jié)構(gòu)蛋白（nonstructuralProtein，NS）與北美地區(qū)豬H1N1同源性較高，同源性分別為91.7%、93.1%和93.1%。2009年新型甲型H1N1流感病毒全基因組序列重組分析第8頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)氨酸酶(neuraminidase，NA)和基質(zhì)蛋白(matrixprotein，MP)與歐洲地區(qū)豬H1N1同源性較高，同源性分別為90.5%和95.5%。全基因序列同源性分析發(fā)現(xiàn)2009年新型A/H1N1病毒與北美地區(qū)豬H1N1病毒同源性最高，為83.9%結(jié)論:2009年新型甲型H1N1流感病毒可能是人H3N2、北美地區(qū)豬H1N1、歐洲地區(qū)豬H1N1和禽H5N1的基因重排病毒。第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,30(6):637-640。第9頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)果：不同地區(qū)分離的2009年新型甲型H1N1流感病毒的聚合酶PA、PB1和PB2編碼基因均具有高度同源性并聚集在一個(gè)獨(dú)特的進(jìn)化支上，與豬流感病毒對(duì)應(yīng)基因接近。三者均與2005年美國(guó)愛(ài)荷華州分離的人A/H1N1病毒基因(A/Iowa/CEID23/2005/H1N1)具有高度的相似性。2009年新型甲型H1N1流感病毒、2005年美國(guó)愛(ài)荷華州流行的H1N1(DQ889682)病毒PB2蛋白第627位氨基酸與禽類流感病毒相同均為谷氨酸而與其他人A/H1N1(1918~2008年)病毒的賴氨酸不同。2009年新型甲型H1N1流感病毒聚合酶編碼基因進(jìn)化分析第10頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)論：2009年新型甲型H1N1流感病毒聚合酶基因可能來(lái)源于2005年美國(guó)愛(ài)荷華州分離的人A/H1N1病毒禽流感病毒可能參與了聚合酶基因重排過(guò)程。第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,30(6):632-636第11頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一是A型流感病毒，攜帶有H1N1亞型豬流感病毒毒株，包含有禽流感、豬流感和人流感三種流感病毒的脫氧核糖核酸（DNA）基因片斷。同時(shí)擁有亞洲豬流感和非洲豬流感病毒特征。

甲型H1N1流感病毒反復(fù)重組產(chǎn)生新病毒科學(xué)家研究揭示，人流感病毒在每個(gè)季節(jié)都會(huì)經(jīng)歷很多次“重組”，重組也許是產(chǎn)生新型季節(jié)性病毒的罪魁禍?zhǔn)住；蚍磸?fù)重組又令病毒具有了不斷變化的能力，甲型流感病毒便是這幾大特點(diǎn)的最新例證。第12頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一歐美發(fā)現(xiàn)甲流變異病例挪威公共衛(wèi)生研究院11月20日在其網(wǎng)站上公布了甲型H1N1流感發(fā)生變異的消息。已經(jīng)在三名患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)變異的甲流病毒，其中兩人已經(jīng)死于新型甲流，另一人病情嚴(yán)重。并指出，這是一個(gè)純粹的自然選擇過(guò)程?！秴⒖枷?009.11.22》。甲流若和禽流重組變異是重大災(zāi)難中國(guó)工程院院士鐘南山27日出席相關(guān)活動(dòng)時(shí)表示，目前在做好甲流防控的同時(shí)，還應(yīng)警惕甲流和禽流感發(fā)生重組變異。這種情況若出現(xiàn)，“將是一個(gè)非常大的災(zāi)難”。

第13頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一通過(guò)對(duì)8200名華人的基因進(jìn)行大規(guī)模分析顯示，中國(guó)北方人與南方人的基因存在細(xì)微差異。

這些變異可能產(chǎn)生臨床結(jié)果并影響疾病的發(fā)展，幫助我們了解疾病，從而采取有針對(duì)性的預(yù)防并最終找到治療方法比如鼻咽癌在中國(guó)南方人中比較普遍，但在北方人中卻不常見(jiàn)。這是否與基因變異有關(guān)？——《美國(guó)人類遺傳學(xué)雜志》《參考消息》2009.11.27。中國(guó)人基因南北有別第14頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一基因組的組成與結(jié)構(gòu)在整個(gè)生命進(jìn)化過(guò)程中是一個(gè)不斷變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，起因于逐代累積的小范圍序列突變以及大范圍染色體重排。突變與重組是導(dǎo)致基因組不斷變化的2個(gè)主要因素，它們?cè)跈C(jī)制上彼此無(wú)關(guān)，差別在于：一、基因組進(jìn)化的分子基礎(chǔ)突變

系指基因組中小段區(qū)域內(nèi)核苷酸序列的改變。大多數(shù)突變是點(diǎn)突變，即核苷酸序列中某一堿基取代了另一堿基，其他的突變則涉及一個(gè)或幾個(gè)核苷酸的插入或缺失。第15頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一點(diǎn)突變也稱為簡(jiǎn)單突變，有時(shí)又稱代換突變。點(diǎn)突變分2種類型：(1)轉(zhuǎn)換(transitions)，系指一種嘌呤變?yōu)榱硪环N嘌呤(A→G，G→A)，或一種嘧啶變?yōu)榱硪环N嘧啶(C→T，T→C)的突變；(2)顛換(transversions)，嘌呤變?yōu)猷奏?A→C，A→T，G→C，G→T)，或嘧啶變?yōu)猷堰?C→A，C→G，T→A或T→G)的突變。第16頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.重組系指染色體或DNA分子之間的交換與重組,涉及染色體區(qū)段或DNA序列之間的新的連鎖關(guān)系。分大類：（1）同源重組：發(fā)生在同源染色體之間（2）非同源重組：發(fā)生在非同源染色體之間，如染色體移位重組是基因組中發(fā)生重新組合的區(qū)段，具有重要的生物學(xué)意義。通過(guò)重組，可將基因組變異的范圍擴(kuò)大，增加進(jìn)化的潛力。重組產(chǎn)生于減數(shù)分裂時(shí)同源染色體的交換，染色體的倒位和易位（這是狹義的重組），轉(zhuǎn)座成分在同一染色體或不同染色體上轉(zhuǎn)座以及外源DNA的整合（廣義的重組）等。第17頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座是基因組進(jìn)化的一種重要方式，出現(xiàn)在幾乎所有生物類型中。轉(zhuǎn)座與重組不同，它不是某種類型的重組，但利用了重組過(guò)程。其結(jié)果是一段DNA或其拷貝從基因組的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一位置,并在插入位點(diǎn)兩側(cè)產(chǎn)生一對(duì)很短的正向重復(fù)序列。分為：(1)DNA轉(zhuǎn)座直接以DNA區(qū)段作為轉(zhuǎn)座成分(2)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座以RNA為中介,通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄酶將轉(zhuǎn)座子RNA拷貝為cDNA后再整合到寄主基因組中第18頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、基因組進(jìn)化的模式前面講了突變和重組的概念,但孤立的突變以及重組事件僅提供有關(guān)基因組進(jìn)化歷程中很少的內(nèi)容，只有將這些事件與不同生物基因組之間的比較相結(jié)合，才能得出有關(guān)基因組進(jìn)化的模式，找到某些生物學(xué)基本問(wèn)題的答案。第19頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.遺傳系統(tǒng)的起源1.1RNA世界有關(guān)生命起源的早期研究始終將注意力放在蛋白質(zhì)與DNA的關(guān)系上，不能自圓其說(shuō)。在這兩類基本的生命物質(zhì)中:①蛋白質(zhì)雖可催化許多反應(yīng)，對(duì)一般的蛋白質(zhì)而言，目前尚無(wú)任何證據(jù)表明它們可以自我復(fù)制。②另一方面,多聚核苷酸可以指令蛋白質(zhì)的合成，但離開蛋白質(zhì)一事無(wú)成。第20頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直到20世紀(jì)80年代中期，由于具有催化活性RNA的發(fā)現(xiàn)，關(guān)于生化系統(tǒng)起源的研究才發(fā)生了根本性的改變。這些稱為核酶(ribozynie)的RNA包括rRNA和tRNA可以完成多種生化反應(yīng)。第21頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一試管里的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，具有復(fù)制能力的RNA可以突變生成新的RNA分子，后者比它們的“親代”復(fù)制效率更高。精確的復(fù)制使RNA分子長(zhǎng)度增加，而且不失去其序列專一性，最終可能達(dá)到像I型內(nèi)含子或核糖體RNA這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這類RNA分子已經(jīng)兼?zhèn)渖哂械膬煞N基本屬性：因?yàn)閺?fù)制，成為傳遞遺傳信息的載體；可以催化，直接扮演了表型的角色。第22頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.2基因組的起源根據(jù)上面的情況，可以認(rèn)為應(yīng)該是：先有RNA，后有DNA。即：RNADNARNA世界向DNA世界的過(guò)渡可以概括如下：地球上最早出現(xiàn)的生物大分子為RNA，RNA同時(shí)具有催化與編碼兩種功能。RNA可以催化肽鍵形成并合成蛋白質(zhì)，此后RNA與蛋白質(zhì)聯(lián)手以RNA為模板合成DNA（逆轉(zhuǎn)錄）。第23頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這是一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)變時(shí)期，生命世界的三大主要多聚分子，RNA、蛋白質(zhì)和DNA的分工基本定型：RNA的編碼功能由DNA取代，催化功能轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)，RNA自身則成為傳達(dá)遺傳信息的中介分子。（在現(xiàn)存的生化體系中我們?nèi)钥砂l(fā)現(xiàn)這些原始關(guān)系的蛛絲馬跡，RNA分子仍在許多方面保留著其原初的風(fēng)貌）此后,由DNA組成的基因組成為生命進(jìn)化的主角。第24頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一傳統(tǒng)生物學(xué)將生命世界分為五大王國(guó)，即動(dòng)物，植物，真菌，原生生物和細(xì)菌。近年來(lái)完成的原核生物和真核生物的基因組測(cè)序揭示，在一些最基本的生命特征方面，地球上所有生物可分為三大類群，即真細(xì)菌(bacteria)，古細(xì)菌或古生菌(archaea)和真核生物(eukarya)三界(domain)。它們是三個(gè)獨(dú)立起源的生命系統(tǒng)，來(lái)自共同的單細(xì)胞祖先，彼此間不存在承繼關(guān)系。三界系統(tǒng)與五大王國(guó)的差別在于，前者將原生生物、真菌、動(dòng)物和植物歸并在同一界，即真核生物界，而將五大王國(guó)中的原核生物分為真細(xì)菌界和古細(xì)菌界。1.3生命三界第25頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生命三界特征比較第26頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.新基因的產(chǎn)生(1)新基因產(chǎn)生的時(shí)間生物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性伴隨著基因組結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而逐步增加，這種復(fù)雜性的一個(gè)指標(biāo)是基因數(shù)目的改變，大多數(shù)細(xì)菌的基因不到5,000，而脊椎動(dòng)物如人類則達(dá)到30,000(最新資料為20,000-25,000)。第27頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一有趣的是，進(jìn)化過(guò)程中生物體基因數(shù)目的增加不是漸進(jìn)性的，而是爆發(fā)式的。其中發(fā)生了二次爆發(fā)式的擴(kuò)張。第一次基因數(shù)目的擴(kuò)張出現(xiàn)在14億年前真核生物出現(xiàn)的時(shí)候，此時(shí)從原核生物數(shù)千個(gè)基因增加到最簡(jiǎn)單的真核生物10,000多個(gè)基因。第二次擴(kuò)張與首次脊椎動(dòng)物的出現(xiàn)有關(guān)，它們出現(xiàn)于寒武紀(jì)末期，原始脊椎動(dòng)物基因數(shù)目可能接近現(xiàn)代脊椎動(dòng)物的下限。第28頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人類在地球上的歷史大約100萬(wàn)年相對(duì)于地球年齡是非常短暫的.如果把地球表面作成電影膠片，以距今75,700萬(wàn)年前為起點(diǎn)，一年為一個(gè)畫面，這樣一分鐘24個(gè)畫面（相當(dāng)于24年），1小時(shí)86,400個(gè)畫面，1天2,073,600個(gè)畫面。從1月1日開始晝夜不停地放映：1-3月：地球上全無(wú)生命之影4月：出現(xiàn)單細(xì)胞藻類；4月底：出現(xiàn)多細(xì)胞生物5月：初見(jiàn)脊椎動(dòng)物；7月半：最初的陸生植物出現(xiàn)8月末：兩棲類陸上動(dòng)物的先驅(qū)登場(chǎng)；9月中旬：爬蟲類出現(xiàn)第29頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10-11月：恐龍類橫行在地球上；不久又出現(xiàn)鳥和獸類12月：為哺乳類時(shí)期，并分化出很多種類12月31日：初見(jiàn)人類的影子；

下午：地球上反復(fù)四次冰河期晚上11點(diǎn)：人類進(jìn)入舊時(shí)器時(shí)代；11點(diǎn)45分：進(jìn)入新石器時(shí)代；11點(diǎn)50分：進(jìn)入文明時(shí)代；11點(diǎn)59分40秒：哥倫布發(fā)現(xiàn)新美洲；11點(diǎn)59分53秒：美國(guó)獨(dú)立第30頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)新基因的產(chǎn)生主要有以下方式：①基因加倍之后的趨異，這類基因基本保持原有的基因功能,但往往獲得了新的表達(dá)模式,這是新基因產(chǎn)生的主要方式。②外顯子或結(jié)構(gòu)域洗牌:不同的結(jié)構(gòu)域加倍或重組,產(chǎn)生具有創(chuàng)新功能的基因.真核生物約19％的基因產(chǎn)生于外顯子洗牌。③逆轉(zhuǎn)錄及其隨后的趨異或重排。④外源基因水平轉(zhuǎn)移。⑤基因裂變(fission)和融合(fusion)，由一個(gè)基因分裂成兩個(gè)不同的基因，或兩個(gè)或多個(gè)基因融合組成一個(gè)新的基因，原核生物約0．5％的基因由此產(chǎn)生。⑥非編碼序列轉(zhuǎn)變?yōu)榫幋a序列。下面主要討論上述第1、第2和第4種新基因產(chǎn)生的方式。第31頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.1基因與基因組加倍在基因組進(jìn)化中現(xiàn)有基因的加倍毫無(wú)疑問(wèn)是最重要的方式之一，它們可經(jīng)由以下途徑發(fā)生：①整個(gè)基因組加倍；②單條或部分染色體加倍；③單個(gè)或成群基因加倍。第32頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一全套基因組的加倍可使基因數(shù)目急劇增加酵母基因組在1億年前經(jīng)歷了一次完全的加倍植物基因組中的多倍體多細(xì)胞動(dòng)物很少有多倍體單個(gè)基因以及染色體區(qū)段加倍在進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)染色體區(qū)段重復(fù)是靈長(zhǎng)類進(jìn)化的主要驅(qū)動(dòng)力基因與基因組的加倍是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程全套基因組的加倍和單個(gè)或成群基因的加倍是更重要的進(jìn)化方式。第33頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2外顯子洗牌與蛋白質(zhì)創(chuàng)新外顯子洗牌(exonshuffling)最初由Gilbert(1978)提出,他認(rèn)為外顯子可以作為獨(dú)立的模塊來(lái)構(gòu)建不同的蛋白質(zhì),是新基因產(chǎn)生的重要途徑?；騽?chuàng)新的原動(dòng)力在于外顯子的不同排列與重新組合。功能域或外顯子洗牌由不同基因中編碼不同結(jié)構(gòu)域的片段彼此連接形成的全新編碼序列稱為結(jié)構(gòu)域或外顯子洗牌(domainshufflingorexonshuffling)。它們有一個(gè)全新的結(jié)構(gòu)組合，可為細(xì)胞提供完全不同的生物學(xué)功能。第34頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3DNA水平轉(zhuǎn)移——物種之間的DNA水平轉(zhuǎn)移（1）原核生物中的DNA水平轉(zhuǎn)移原核生物中DNA的水平轉(zhuǎn)移是一種十分普遍的現(xiàn)象，可通過(guò)接合轉(zhuǎn)移、噬菌體轉(zhuǎn)染、外源DNA的攝取等不同途徑發(fā)生。（2）真核生物中的DNA水平轉(zhuǎn)移動(dòng)物中由于種間隔離不易進(jìn)行種間雜交，很難找到有關(guān)動(dòng)物種間共生同源基因轉(zhuǎn)移的證據(jù)。盡管有許多真核生物基因具有與古細(xì)菌或真細(xì)菌相關(guān)的基因，但其主要來(lái)源于真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的內(nèi)共生，并非后來(lái)發(fā)生的基因截獲事件。大多數(shù)有關(guān)動(dòng)物種間基因轉(zhuǎn)移主要集中在逆轉(zhuǎn)錄病毒及其轉(zhuǎn)座成分。已有許多實(shí)驗(yàn)報(bào)道逆轉(zhuǎn)錄病毒在動(dòng)物種間的轉(zhuǎn)移，它們可攜帶動(dòng)物基因在同一物種或不同物種的個(gè)體間擴(kuò)散，可作為基因水平轉(zhuǎn)移的媒介。第35頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.非編碼序列的擴(kuò)張3.1真核生物基因組非編碼序列的組成所有真核生物基因組都含有大量的非編碼序列。非編碼序列的組成主要為3種類型：①高度重復(fù)序列，分布在著絲粒和近端粒區(qū)；②轉(zhuǎn)座因子，包括逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和DNA轉(zhuǎn)座子，分散在整個(gè)基因組；③其他的基因間和內(nèi)含子中的非編碼序列。第36頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.2轉(zhuǎn)座子與基因組進(jìn)化真核生物基因組中具有大量的非編碼DNA序列,而非編碼序列中有相當(dāng)比例為轉(zhuǎn)座子(transposableelementTE)。TE對(duì)基因組進(jìn)化的影響是多方面的。A.非編碼DNA可能具有結(jié)構(gòu)功能：某種尚未識(shí)別的功能B.轉(zhuǎn)座成分可參與基因的組成：轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列；基因編碼序列中的轉(zhuǎn)座成分C.染色體的重排主要依賴非編碼重復(fù)序列第37頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.3內(nèi)含子的起源內(nèi)含子起源的“早”“晚”兩假說(shuō)其觀點(diǎn)相互對(duì)立“內(nèi)含子早起源”假說(shuō)(intronearly)認(rèn)為，內(nèi)含子在生命起源的早期即已存在，它們?cè)谡婧松锏倪M(jìn)化中逐步丟失。“內(nèi)含子晚起源”假說(shuō)(intronlate)主張，內(nèi)含子起源只是生命進(jìn)化中較晚出現(xiàn)的事件隨后在真核生物中逐漸積累。第38頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、基因組與生物進(jìn)化地球上所有生物都采用同一套遺傳密碼，解讀密碼的系統(tǒng)也大同小異，這說(shuō)明現(xiàn)存的和已經(jīng)滅絕的生物都起源于一個(gè)共同的祖先。生命的進(jìn)化有一個(gè)基本的法則，即從不間斷，也不從新開始。因此基因組紀(jì)錄了已有生命進(jìn)化中所發(fā)生的各種事件。盡管這份遺傳檔案飽經(jīng)風(fēng)霜、殘缺不全，但仍可從中找到物種進(jìn)化的足跡，由此編輯它們承襲的家譜，追蹤其間的淵源。基因組核苷酸序列的差異反應(yīng)了生物之間親緣的遠(yuǎn)近，起源的祖先越是古老，物種間產(chǎn)生的差異就越多。根據(jù)生物大分子相似性程度建立分子系統(tǒng)發(fā)生樹，可進(jìn)一步澄清由傳統(tǒng)分類學(xué)確立的不同物種之間的進(jìn)化關(guān)系，并進(jìn)行定量的分析。第39頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一分子系統(tǒng)發(fā)生學(xué)首先了解傳統(tǒng)分類學(xué)。傳統(tǒng)分類學(xué)是從形態(tài)特征來(lái)區(qū)分不同的物種，根據(jù)生物個(gè)體外觀的相似性與差別的程度對(duì)生物進(jìn)行歸類，創(chuàng)始人為18世紀(jì)的林奈。林奈的工作為后繼者的進(jìn)化研究奠定了工作框架，他們將生物依據(jù)分類學(xué)中的等級(jí)系列分門別類，起始于界(Kingdom)，然后依次為門、綱、目、科、屬、種。18世紀(jì)和19世紀(jì)初期的自然科學(xué)家喜歡將這種等級(jí)稱為“生命之樹”(treeoflife)。達(dá)爾文在他的《物種的起源》一書中也采用類似的方法描述生物之間相互聯(lián)系的進(jìn)化關(guān)系。在林奈初創(chuàng)的分類學(xué)基礎(chǔ)上，現(xiàn)代進(jìn)化學(xué)者已將其發(fā)展為系統(tǒng)發(fā)生學(xué)(phylogeny)，它不僅涉及物種之間的相似性，而且涉及它們之間的進(jìn)化關(guān)系。第40頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.1表征學(xué)和分支系統(tǒng)學(xué)傳統(tǒng)的分類學(xué)中有兩個(gè)學(xué)派，即表征學(xué)和分支系統(tǒng)學(xué)。它們都主張正確的分類應(yīng)該盡可能地包括眾多特征，并采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)分歸類。不同之處在于，分支系統(tǒng)學(xué)認(rèn)為用于分類的性狀應(yīng)該有主次之分，計(jì)分時(shí)應(yīng)體現(xiàn)權(quán)重的差別。特別是在系統(tǒng)發(fā)生研究中，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)挑選作為分枝次序的性狀，以便找到一個(gè)很好的作為進(jìn)化關(guān)系的指標(biāo)。分支系統(tǒng)學(xué)采用的標(biāo)準(zhǔn)更為客觀，并不根據(jù)主觀的想象來(lái)確定哪些性狀更加重要，使分支模型中的錯(cuò)誤減至最小。第41頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.2分子系統(tǒng)發(fā)生學(xué)的產(chǎn)生表征學(xué)和分支系統(tǒng)學(xué)當(dāng)時(shí)采用的分類指示性狀大多仍為形態(tài)特征，不能滿足分析的要求，這促使研究者轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)和DNA,從而產(chǎn)生了分子系統(tǒng)發(fā)生學(xué)。與其他類型的形態(tài)特征相比較，它們有以下優(yōu)點(diǎn)：①許多分子特征可同時(shí)記分：如DNA序列中特定位置的核苷酸或蛋白質(zhì)中特定位置的氨基酸可視為單個(gè)特征，DNA中該特征可能有4種狀態(tài)，分別為A，C，G和T。②分子特征的狀態(tài)一清二楚：如堿基A，C，G和T易于識(shí)別又不會(huì)混淆，而形態(tài)特征易發(fā)生重疊，很多場(chǎng)合下界限不明。③分子資料便于轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)形式，可進(jìn)行修正和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。第42頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.3DNA系統(tǒng)發(fā)生樹不同物種中保留的同源基因，隨著進(jìn)化關(guān)系的疏遠(yuǎn)會(huì)出現(xiàn)更多的變異。由于同源DNA序列的代換速率是基本恒定的，因此同源DNA序列中核苷酸取代的比率可作為物種之間進(jìn)化關(guān)系遠(yuǎn)近的指標(biāo)。根據(jù)DNA序列代換的比率構(gòu)建的進(jìn)化樹稱為DNA系統(tǒng)發(fā)生樹(與傳統(tǒng)的系統(tǒng)發(fā)生樹-“生命之樹”對(duì)應(yīng))。第43頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一DNA系統(tǒng)發(fā)生樹的構(gòu)建DNA系統(tǒng)發(fā)生樹的構(gòu)建主要依賴統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)取自目標(biāo)同源DNA序列所發(fā)生的取代核苷酸比率。分類單元DNA系統(tǒng)發(fā)生樹的分類單元是一組DNA序列，它們來(lái)自不同的目標(biāo)生物，可以是物種，也可以是不同的亞種或者生態(tài)型。收集到一組同源DNA序列后，第一步是進(jìn)行各個(gè)分類單元之間差異的比較，通常采用距離方陣或序列排比計(jì)算發(fā)生核苷酸代換的比率。有些序列的對(duì)比比較容易，用肉眼即可看出。另一些較復(fù)雜的對(duì)比序列，必須借助點(diǎn)矩陣(dotmatrix)的方法。第44頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一B.系統(tǒng)發(fā)生樹重建假定我們的目的是構(gòu)建4個(gè)同源基因A，B，C和D的DNA系統(tǒng)發(fā)生樹，那么在獲得它們之間的序列差別之后，下一步即是確定它們之間的相互關(guān)系。目前構(gòu)建DNA系統(tǒng)發(fā)生樹較為流行的方法為相鄰連接程序(neighbor-Joiningmethod)。在構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹時(shí)，人們往往需要尋找一個(gè)群外基因(outgroup)，目的是確定系統(tǒng)發(fā)生樹的基部位置，從而指出進(jìn)化的方向。群外基因的選擇標(biāo)準(zhǔn)取決于已有的工作基礎(chǔ)，它的進(jìn)化地位根據(jù)古生物學(xué)的研究已經(jīng)確定，一般來(lái)自起源更早的種屬。因此與群外基因序列差異最小的同源基因所在的位置最靠近系統(tǒng)發(fā)生樹的基部。第45頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一C.分子鐘單位時(shí)間內(nèi)同源蛋白質(zhì)氨基酸順序或DNA核苷酸序列取代的比率稱為分子鐘，通常以百萬(wàn)年發(fā)生單個(gè)代換為計(jì)算單位，可用于估算祖先序列演化的時(shí)間，確立系統(tǒng)發(fā)生樹的進(jìn)化年代。這些信息對(duì)研究基因組的進(jìn)化非常重要，例如采用系統(tǒng)發(fā)生樹與分子鐘推算脊椎動(dòng)物球蛋白基因的祖先分別在8億，5億和2億年前發(fā)生重復(fù)基因突變最終進(jìn)化為現(xiàn)在的肌球蛋白，α-球蛋白和β-球蛋白。分子鐘的建立方法是以化石記錄的年代作為參考，統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間(百萬(wàn)年)內(nèi)核苷酸或氨基酸取代的數(shù)目。假定某一對(duì)同源序列取代的核苷酸數(shù)目為x，每一種系的取代數(shù)為x／2。如果化石分析祖先物種生活的年代在800萬(wàn)年前，由計(jì)算可知分子鐘的速率為x／(2X8)。第46頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.分子系統(tǒng)發(fā)生學(xué)與生物進(jìn)化基因組測(cè)序提供了大量有關(guān)種間或種內(nèi)DNA序列變異的資料，使我們有可能獲得許多從古生物學(xué)無(wú)法探知的生命起源與進(jìn)化的信息與線索。2.1生命的起源地球形成于約50億年前，大約35億年前出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)的生命,已在35億年前地質(zhì)年代的巖石中鑒定出生命微化石。已有證據(jù)表明，這些微化石與現(xiàn)在的原核生物藍(lán)細(xì)菌(cyanobacteria)的殘留物相似，后者廣泛分布在一些湖泊邊緣。第47頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2人類的起源達(dá)爾文(1871)認(rèn)為人類是黑猩猩、大猩猩(gorilla)和猩猩(orangutan)的近親。20世紀(jì)60年代前，古生物學(xué)家已從化石研究中得出結(jié)論，黑猩猩和大猩猩是最接近人類的靈長(zhǎng)類。雖然人類的進(jìn)化歷史仍有許多爭(zhēng)論，但一般認(rèn)為靈長(zhǎng)類中與我們最近的親緣是黑猩猩。人類的遠(yuǎn)祖譜系有2個(gè)屬——南方古猿(Australopithecus)和人猿(Homo)，其中并非所有的種都與人科(Homosapiens)處在同一直系進(jìn)化鏈上。人類與黑猩猩最近的共同祖先生活在據(jù)今460萬(wàn)～500萬(wàn)年前。第48頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人類和其他靈長(zhǎng)類的進(jìn)化關(guān)系最早在分子水平提供的資料證實(shí)，人類、黑猩猩和大猩猩確實(shí)同屬一個(gè)進(jìn)化分支(clade)。分子鐘表明，它們的分離發(fā)生在500萬(wàn)年前。隨著分子資料的逐步積累，有關(guān)人類、黑猩猩和大猩猩進(jìn)化關(guān)系的問(wèn)題日益增多。①這3個(gè)物種的線粒體基因組限制性片段比較結(jié)果表明，黑猩猩與大猩猩之間的親緣關(guān)系比它們與人類的距離更近;②而DNA-DNA雜交卻顯示，人類與大猩猩的關(guān)系比人類與黑猩猩的關(guān)系更為疏遠(yuǎn)。第49頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)代人與黑猩猩基因組的差異這兩個(gè)親緣關(guān)系最近的高級(jí)靈長(zhǎng)類分開的時(shí)間約500萬(wàn)年，這對(duì)漫長(zhǎng)的進(jìn)化歲月而言僅僅是一個(gè)瞬間，還不足以積累大量的突變。現(xiàn)代人與黑猩猩在蛋白質(zhì)水平的差異低于1％。最近的基因組序列比較研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代人與黑猩猩DNA水平的平均差異為2.4％。在編碼序列，人類與黑猩猩的差異低于1.5％，有許多基因在這2個(gè)基因組中完全一致。在非編碼區(qū)，差別的比例也不多于3％。在整個(gè)基因組范圍，約有5％的區(qū)域存在廣泛的缺失和插入變異。這些DNA水平上的差異反映了一般的基因組進(jìn)化的特點(diǎn)。第50頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一①已發(fā)現(xiàn)有些基因出現(xiàn)加倍，產(chǎn)生了專屬人類或?qū)俸谛尚傻幕虺蓡T，它們只存在于2個(gè)基因組中之一。這些新加倍的基因生物學(xué)的重要性并不明顯，原因在于它們尚無(wú)足夠的時(shí)間來(lái)積累突變到達(dá)可以表現(xiàn)特別功能的程度。②染色體重排是人類與黑猩猩基因組進(jìn)化的重要機(jī)制之一。比較人類與黑猩猩染色體分帶模型發(fā)現(xiàn)，2個(gè)基因組均已經(jīng)歷了一些重排。最大的差別是，人類第二號(hào)染色體在黑猩猩中已經(jīng)一分為二，因此黑猩猩及其他猿類有24對(duì)染色體，而人類只有23對(duì)染色體。人類23對(duì)染色體中有18對(duì)染色體與黑猩猩中相應(yīng)的染色體帶型非常相似，另4條染色體在兩者之間有可見(jiàn)的帶型差異。第51頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一③根據(jù)DNA水平的資料人們推測(cè)，在基因組中廣泛存在的重組熱點(diǎn)在人類和黑猩猩中的分布很可能也是保守的，但Winkler等(2005)和Ptak等(2005)發(fā)表的研究結(jié)果卻出乎人們意料之外。在一個(gè)14Mb的同源區(qū)域，人類和黑猩猩重組熱點(diǎn)的重疊率僅為8％一13％，絕大多數(shù)的重組熱點(diǎn)在兩個(gè)物種中是相對(duì)獨(dú)立的。由于染色體重組是造成個(gè)體之間基因型差異的主要原因，而重組熱點(diǎn)的存在又同連鎖不平衡的分布特點(diǎn)密切相關(guān)。因此，基因組重組熱點(diǎn)的進(jìn)化可能是人類和黑猩猩分開的重要因素。第52頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一④人類和黑猩猩基因組之間單核苷酸的平均代換率為1.23％，其中約1.06％屬于種間差異。單核苷酸代換所發(fā)生的區(qū)域在這兩個(gè)物種間是基本保守的，但在人類中亞端粒區(qū)比例更高。代換的單核苷酸中位于CpG雙堿基位的數(shù)目約占四分之一。插入和缺失的數(shù)量比單核苷酸代換要少，但在人類常染色質(zhì)區(qū)比例為1.5％，表現(xiàn)為種屬專一性。⑤人類和黑猩猩直系蛋白質(zhì)成員極其相似，其中29％完全一致，典型的直系蛋白質(zhì)差異也只有兩個(gè)氨基酸。第53頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一⑥大腦體積的增大是人類區(qū)別其他高級(jí)靈長(zhǎng)類的主要特征之一。大約240萬(wàn)年前人類祖先的頜肌肌球蛋白(myosin)基因MYHl6基因發(fā)生突變，在編碼區(qū)缺失兩個(gè)關(guān)鍵的堿基對(duì)。大腦的發(fā)育空間相對(duì)擴(kuò)大。Pollard等(2006)報(bào)道，一個(gè)稱之為HARl(humanacceleratedregionsl)的非編碼RNA基因在人類大腦皮層的發(fā)育中起著極其重要的作用。HARl基因在人類和黑猩猩之間有18處不同，而在黑猩猩和雞之間該基因僅有2處差別，其進(jìn)化速度比其他部分快約70倍。第54頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最近的報(bào)道說(shuō),黑猩猩不會(huì)說(shuō)話錯(cuò)在基因科學(xué)家查明，一個(gè)基因（FOXP2）發(fā)生的一種突變似乎幫助人類逐漸形成了語(yǔ)言。即是說(shuō)，人能夠說(shuō)話,而黑猩猩則不能說(shuō)話,就是由于一個(gè)基因發(fā)生了變異(突變)的關(guān)系.即一個(gè)基因的差異。人類身上的這一基因倘若發(fā)生變異，語(yǔ)言便會(huì)出現(xiàn)障礙。第55頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一以上這些差別雖然在許多方面提供了研究與探討人類與黑猩猩表型差異的重要線索，就基因組進(jìn)化而言也有重要意義。但從決定人類之所以為人類的遺傳學(xué)基礎(chǔ)而言，這些數(shù)據(jù)僅僅提供了非常初步的信息。我們并不知道造成人類與其他靈長(zhǎng)類表型差異的基因究竟位于何處，哪些基因的差別在種屬特征的形成中具有特殊意義，其分子機(jī)制是什么？黑猩猩基因組與人類基因組DNA序列的比較揭示，這兩個(gè)物種的基因組有3,500萬(wàn)個(gè)SNP，有500萬(wàn)個(gè)插入或缺失的區(qū)別，還有很多染色體區(qū)段的重排。如何將這些差異與千差萬(wàn)別的表型聯(lián)系，是對(duì)人類智慧的巨大挑戰(zhàn)。是什么造就了人類恐怕不只是基因組本身的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，還有基因組如何發(fā)揮整體功能。第56頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人科與人屬的概念目前國(guó)際人類學(xué)界一般認(rèn)為，人類的進(jìn)化發(fā)展經(jīng)歷了5個(gè)階段，即臘瑪古猿、南方古猿、直立人、早期智人和晚期智人。兩足直立行走的古猿在分類上屬于人的范疇。通常將能直立行走但不能制造工具的人類稱為前人，既能直立行走又能制造工具的人類稱為真人，合稱為人科。能制造工具的真人在分類上歸于人屬，人屬至少分為3個(gè)種：能人、直立人、智人，現(xiàn)代人屬于智人。第57頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一南方古猿——湯恩小孩1924年年底，南非威特沃特斯蘭德大學(xué)年輕的解剖學(xué)教授達(dá)特在南非中北部沙漠邊緣湯恩村石灰礦的化石中發(fā)現(xiàn)了后來(lái)震驚世界考古學(xué)界的一件古猿化石——處于類人猿和人類之間的原始人類頭骨，達(dá)特稱其為“湯恩小孩”(Taung)。湯恩小孩生存的年代大約為250萬(wàn)一200萬(wàn)年前，是連接人類與類人猿的重要環(huán)節(jié)。隨后在同一地區(qū)又發(fā)現(xiàn)另一個(gè)似猿物種，即南方古猿粗壯種(Australopithecusrobustus)，湯恩小孩稱為南方古猿纖細(xì)種(即南方古猿非洲種)。南方古猿纖細(xì)種已能制作簡(jiǎn)單的石器工具用以獲取肉類食物，是古猿向人類進(jìn)化的及其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。第58頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一能人(Homohabilis)1960年喬納森·利基在奧杜韋峽谷發(fā)現(xiàn)了一種類似人類的骨骸，其體骼比南方古猿輕巧，但不少特征又與南方古猿相似。這些猿人生活在距今300萬(wàn)年一150萬(wàn)年前，腦量明顯比南方古猿大，并能制造石器，代表了最終將產(chǎn)生出現(xiàn)代人的那一支早期人類類型。因此，路易斯·利基把這個(gè)新類型命名為能人，作為人屬的第一個(gè)早期成員，是南方古猿向直立人進(jìn)化的中間環(huán)節(jié)。第59頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直立人(Homoerectus)在距今大約200萬(wàn)年前的非洲，直立人就己出現(xiàn)在人類進(jìn)化的歷史舞臺(tái)上。在120萬(wàn)年到80萬(wàn)年前，非洲直立人由于氣候變化等原因大量遷徙進(jìn)入歐洲、亞洲和印度尼西亞，最終擴(kuò)散到整個(gè)舊大陸的各個(gè)角落。非洲肯尼亞的KNM-ER3733號(hào)人、圖爾卡納男孩，坦桑尼亞奧杜瓦伊峽谷的OH9號(hào)人、OH28號(hào)人，阿爾及利亞和摩洛哥的毛里坦人，印度尼西亞的爪哇人，中國(guó)的北京猿人、藍(lán)田人、元謀人等都是直立人。第60頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一遠(yuǎn)古智人——尼安得特人1856年在德國(guó)的尼安德特河谷發(fā)現(xiàn)一具古人類骨骸，稱為尼安德特人，他們是早期智人的代表。尼安德特人生活于30萬(wàn)至3萬(wàn)年前的歐洲，現(xiàn)已滅絕。晚期智人——克羅馬農(nóng)人1868年在法國(guó)多爾多涅區(qū)埃濟(jì)附近的克羅馬農(nóng)(Cro-Magnon)巖窟中發(fā)現(xiàn)了古代埋葬的人類骨骸，被稱之為克羅馬農(nóng)人?？肆_馬農(nóng)人具有非凡的智慧，擁有更為先進(jìn)的文化。他們能夠通過(guò)原始的“筆”，在巨大的巖石上留下自己的藝術(shù)作品，表達(dá)自己的意愿?？肆_馬農(nóng)人的體格與現(xiàn)代西歐和中歐的人種非常相似。根據(jù)同位素年齡測(cè)定，克羅馬農(nóng)人生活在距今35,000年一10,000萬(wàn)年前，是舊石期時(shí)代晚期智人的代表。第61頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3現(xiàn)代人的起源直立人在世界各地?cái)U(kuò)散之后和現(xiàn)代人的關(guān)系備受爭(zhēng)議。根據(jù)顱骨及骨骼的比較，有些古生物學(xué)家認(rèn)為，直立人群體在舊大陸的不同地區(qū)定居后逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)代人群體，這一過(guò)程稱為多區(qū)域進(jìn)化(multiregionalevolution。另一種假說(shuō)認(rèn)為，大約在15萬(wàn)年前有一支古人類群體走出非洲進(jìn)入歐亞大陸，隨后遷徙到世界各地，并取代了居住在當(dāng)?shù)氐闹绷⑷?，他們是現(xiàn)代人的直系祖先。這一假說(shuō)又稱諾亞方舟假說(shuō)、伊甸園假說(shuō)或走出非洲假說(shuō)(outofAfrica)。第62頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3.1線粒體夏娃所有現(xiàn)代人線粒體都來(lái)自一個(gè)祖先的線粒體，它存在于140,000至290,000年前之間。因?yàn)檫@個(gè)祖先基因組可能位于非洲，因此將提供這個(gè)線粒體的先祖稱為線粒體夏娃(線粒體只能通過(guò)母性遺傳)，她也一定在非洲(Cann等，1987)。線粒體夏娃的發(fā)現(xiàn)改變了有關(guān)現(xiàn)代人起源的看法。與多區(qū)域所主張的全世界人類平行進(jìn)化的觀點(diǎn)不同，走出非洲(outofAfrica)假說(shuō)主張，智人(Homosapiens)起源于非洲，其成員在10萬(wàn)至5萬(wàn)年前遷徙(qianxi)進(jìn)入舊世界，最終取代了他們所遇到的直立人。第63頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3.2Y染色體追蹤——父系的起源線粒體夏娃的假說(shuō)也獲得來(lái)自人類Y染色體多態(tài)性數(shù)據(jù)的支持。和線粒體DNA一樣，Y染色體的非重組區(qū)也是典型的單倍型，其中所含有的SNP中隱藏著大量有關(guān)人類進(jìn)化的線索：①Y染色體非重組區(qū)在二倍體細(xì)胞中不存在同源拷貝，因而不發(fā)生交換重組事件。②由于避免了重組事件的干擾，位于Y染色體非重組區(qū)的SNP集中了曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的所有變異。③SNP突變率較低，能忠實(shí)地記錄進(jìn)化事件。④Y染色體以單倍體形式存在，其有效群體遠(yuǎn)小于二倍體常染色體，較易產(chǎn)生人群特異性單倍型。第64頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3.3北向還是南進(jìn)?——現(xiàn)代人的遷徙路線雖然根據(jù)線粒體DNA和Y染色體多態(tài)性的分析已基本確證，現(xiàn)代人起源于非洲中部的史前人類，但對(duì)他們?nèi)绾巫叱龇侵抟约白叱龇侵藓蟮倪w徙路線還有不少爭(zhēng)論。一種意見(jiàn)認(rèn)為，非洲中部的史前人類多次走出非洲，其中較早的遷徙是在6萬(wàn)到8萬(wàn)年前，由阿拉伯半島的南部進(jìn)入亞洲，并沿印度洋海岸線到達(dá)澳大利亞。較晚的遷徙發(fā)生在2萬(wàn)到4萬(wàn)年前，越過(guò)蘇伊士和Levant(地中海東部諸國(guó)家和島嶼)北向進(jìn)入歐洲，進(jìn)一步擴(kuò)散到亞洲大陸，這是主要的遷徙路線。另一種意見(jiàn)認(rèn)為，史前人類也有兩次走出非洲：第65頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一次發(fā)生在12萬(wàn)年前，由蘇伊士和Levant北向進(jìn)入西奈半島和以色列。隨后因氣候和沙漠隔絕滯留在西奈半島和以色列，于9萬(wàn)年前滅絕。另一次發(fā)生在8．5萬(wàn)年前，由于冰川期海平面下降，早期的現(xiàn)代人祖先得以跨過(guò)紅海南端的吉布提海峽進(jìn)入也門的亞丁灣海灘，并由此沿印度洋海岸到達(dá)馬來(lái)西亞和印度尼西亞，最后進(jìn)入澳大利亞。這一支移民隨后在不同的地點(diǎn)向北擴(kuò)散到整個(gè)歐亞大陸，并于2．2萬(wàn)年到2．5萬(wàn)年前穿越白令海峽進(jìn)入北美洲。Oppenheimer認(rèn)為，除非洲以外的所有現(xiàn)代人都是8．5萬(wàn)年前由吉布提海峽進(jìn)入也門的史前人類的后代，這一支幸運(yùn)的遠(yuǎn)征群體約有500～2000人，除非洲人外，所有現(xiàn)代人線粒體DNA的單倍型均源于這一群體。第66頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第67頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一考古發(fā)現(xiàn)原始人兩次走出非洲最近的研究認(rèn)為，直立人可能是在歐亞大陸上（格魯吉亞）從更原始的德馬尼西人演化而來(lái)，然后遷移回非洲并最終進(jìn)化成智人和現(xiàn)代人。即，我們遙遠(yuǎn)的古代祖先離開非洲的時(shí)間比以前認(rèn)為的要早得多，并在歐亞大陸上度過(guò)了一段較長(zhǎng)的進(jìn)化期，然后回到了非洲以完成人類的進(jìn)化史?！秴⒖枷ⅰ贰白叱龇侵蕖钡娜祟愖嫦饶卸嘤谂绹?guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家凱內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)四人小組研究認(rèn)為，人類在大約6萬(wàn)年前“走出非洲”時(shí)，遷徙隊(duì)伍中男性數(shù)量大大超過(guò)女性。。非洲是人類進(jìn)化的搖籃。有研究顯示，今天散居在各大陸的不同種族都起源于一群人類相對(duì)較少的智人。這群智人大約5萬(wàn)年至7萬(wàn)年前從近東地區(qū)進(jìn)入歐洲和更遠(yuǎn)的地方。這是迄今為止關(guān)于人類始祖性比比例的研究?！秴⒖枷ⅰ?008.12.24第68頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一納米比亞桑人是最早的人類非洲內(nèi)的發(fā)源地又在哪里呢？美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的的科學(xué)家率領(lǐng)的多國(guó)科學(xué)家組成的研究小組通過(guò)對(duì)非洲121個(gè)人群（非洲共有2000個(gè)人群）中的3000多人進(jìn)行的一項(xiàng)基因分析研究表明，人類起源于納米比亞和安哥拉沿海邊境附近多沙的荒涼地區(qū)（今天的桑人居住區(qū)）。非洲人的基因比地球上其它地區(qū)的人更更具多樣性（假說(shuō)：因?yàn)樽罟爬系娜巳簱碛凶疃鄻有缘幕颍秴⒖枷ⅰ?009.5.4日本人祖先來(lái)自印度？由日本等國(guó)科學(xué)家組成的亞洲國(guó)際研究小組對(duì)1900人的基因的個(gè)體差異進(jìn)行解析，認(rèn)為亞洲各民族很可能是在數(shù)萬(wàn)前從印度經(jīng)泰國(guó)附近北上到達(dá)中國(guó)、韓國(guó)和日本，或往東到達(dá)印度尼西亞的。《參考消息》2009.12.12第69頁(yè)，共77頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.基因組與生物多樣性生命進(jìn)化是一個(gè)最有魅力而又最具爭(zhēng)議的領(lǐng)域，其中有關(guān)生物新特征(novelities)的產(chǎn)生又是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。它涉及兩個(gè)方面：①新特征產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，既基因組的變異；②新特征形成的生化基礎(chǔ)，即