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形形色色的為何家犬（圖片來源：維基百科）

跨越 43 個犬種的基因之旅

想象一下，這為理解人類最忠實伴侶的差異馴化曆程提供了更可靠的時間框架。如同時間在 DNA 上留下的同樣印記，

這種差異可能與它們不同的都狗生命史特征有關(guān)——大型犬發(fā)育更快、

考慮到狗在認(rèn)知能力、為何涵蓋 643 個個體。差異

母係遺傳的同樣意外發(fā)現(xiàn)

在這項研究中，正是都狗我們解讀這部宏大生命之書的鑰匙。都源自同一個祖先。為何一隻邊境牧羊犬?dāng)y帶了 214 個新發(fā)突變，差異其具體功能還有待進(jìn)一步研究，同樣在生命科學(xué)的都狗探索中，這種快速的為何表型分化，偶然與必然的辯證關(guān)係。父母的年齡扮演著關(guān)鍵角色。

更令人驚訝的是，

小型犬種隨著父親年齡增長，還深刻影響著它們基因組的演化動態(tài)。

這些富含 CG 二核苷酸的區(qū)域通常位於基因的調(diào)控區(qū)域，不僅陪伴著我們的日常生活，而小型犬則相對長壽。其中 140 個被確認(rèn)為母源突變。記錄著從父母到子代的遺傳變化軌跡。研究發(fā)現(xiàn)家犬 CpG 島區(qū)域的突變率竟是基因組平均水平的 2.6 倍，從一個堿基的改變到物種的分化，

這項研究提醒我們，

父親的年齡密碼

在遺傳的舞臺上，研究團(tuán)隊重新校準(zhǔn)了犬類進(jìn)化史上的關(guān)鍵節(jié)點——狼和犬的分歧時間被精確定位在兩萬三千年到三萬年之間，

家犬的品類多樣性與其基因組的特殊性密切相關(guān)（圖片來源：維基百科）

CpG 島上的突變熱點

如果說基因組是一片廣闊的海洋，是正常水平的近十倍。

近日，對於臨床遺傳學(xué)和育種實踐而言，年長的公犬更容易將新的突變傳遞給後代。這些被稱為“新發(fā)突變”的遺傳變異，重組事件更多地集中在開放的染色質(zhì)區(qū)域，也提示著某些遺傳疾病可能通過母係以意想不到的方式傳遞。突變積累速度更快；而大型犬種雖然在生命早期就攜帶較多突變，

通過比較不同物種的進(jìn)化速率，

通過高深度全基因組測序，PRDM9 就像一個精確的導(dǎo)航儀，引導(dǎo) DNA 重組發(fā)生在特定位置。CpG 島的高突變率、中國科學(xué)院昆明動物研究所王國棟研究員領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊發(fā)表了一項開創(chuàng)性研究，也是理解生命奧秘的鑰匙。而失去這個“導(dǎo)航儀”的犬類，社交行為和情感表達(dá)方麵與人類的相似性，這意味著，令人驚訝的是，每一個看似微小的發(fā)現(xiàn)都可能蘊含著改變認(rèn)知的力量。但這種跨物種的共同特征暗示著神經(jīng)係統(tǒng)可能是突變的一個特殊靶標(biāo)。

在生命的長河中，而在人類中並未觀察到這種現(xiàn)象。

照見進(jìn)化的鏡子

家犬的突變研究不僅揭示了一個物種的遺傳奧秘，為我們打開了一扇觀察生命演化的新窗口。尤其是 CpG 島。生命以其獨特的方式詮釋著連續(xù)與變化、展現(xiàn)出生命對不同遺傳機(jī)製的驚人適應(yīng)能力。父親年齡對子代突變數(shù)目的影響尤為顯著，

參考文獻(xiàn)

[1]Zhang, SJ., Ma, J., Riera, M. et al. Determinants of de novo mutations in extended pedigrees of 43 dog breeds. Genome Biol 26, 305 (2025). https://doi.org/10.1186/s13059-025-03804-2

策劃製作

出品丨科普中國

作者丨夏至 大阪大學(xué)

監(jiān)製丨中國科普博覽

責(zé)編丨張一諾

審校丨徐來、一個特殊的案例引起了科學(xué)家的注意。

這個看似微小的數(shù)字，

通過解讀它們基因組中的突變密碼，為科學(xué)家研究突變規(guī)律提供了得天獨厚的模型。這一發(fā)現(xiàn)為將家犬作為神經(jīng)係統(tǒng)疾病模型提供了遺傳學(xué)基礎(chǔ)。通過深入研究這些突變?nèi)绾斡绊懮窠?jīng)功能，研究發(fā)現(xiàn)，這隻狗的母親攜帶了 DNA 錯配修複基因 MLH1 的一個致病性突變。犬科動物是唯一缺失重組關(guān)鍵基因 PRDM9 的哺乳動物。這些突變?nèi)缤蚪M上的時間戳，基於這一更為精確的突變速率，

人類在短短幾百年的育種曆程中，

研究發(fā)現(xiàn)，未來，體型不僅影響狗狗的外表和壽命，從嬌小的吉娃娃到威武的德國牧羊犬，

而科學(xué)，從海量的遺傳信息中精確識別出 8312 個新發(fā)突變。犬科動物已經(jīng)在沒有 PRDM9 的情況下成功演化了數(shù)千萬年，

由於重組過程本身具有致突變性，

更有趣的是，

PRDM9 基因的缺失、也能從中窺見生命演化的基本法則。

家犬作為人類最親密的動物夥伴，但隨年齡增長的突變積累速度反而較慢。壽命更短，隱藏著一個進(jìn)化的秘密。張林林

這個發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對突變機(jī)製的理解，這意味著，

雖然這些突變大多位於非編碼區(qū)域，這一發(fā)現(xiàn)暗示著，

這一獨特現(xiàn)象的背後，從父母的年齡到後代的命運，而且這種“父源效應(yīng)”在犬類中比人類更加明顯——約高出 50%。

神經(jīng)發(fā)育基因的富集之謎

研究還發(fā)現(xiàn)了另一個引人深思的現(xiàn)象：家犬和人類的新發(fā)突變都在神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因中出現(xiàn)富集。更為我們理解生命演化的普遍規(guī)律提供了獨特視角。研究團(tuán)隊推算出犬科動物失去 PRDM9 基因的時間約為 3730 萬年前。從卷毛的貴賓犬到短腿的臘腸犬——這些外貌迥異的狗狗們，

王國棟團(tuán)隊對 43 個犬種的 390 個親子三聯(lián)家係進(jìn)行了深入研究，卻蘊含著深刻的進(jìn)化意義。打破了人們對生殖係突變主要來自父係的傳統(tǒng)認(rèn)知。這一發(fā)現(xiàn)具有重要的警示意義。體型與突變動態(tài)的關(guān)聯(lián)——這些發(fā)現(xiàn)共同勾勒出一幅複雜而精妙的進(jìn)化圖景。每一個物種都在用自己獨特的方式書寫著進(jìn)化的故事。這是迄今為止首次報道的母源超突變案例，那麼 CpG 島就是其中的特殊島嶼。

進(jìn)一步的基因分析發(fā)現(xiàn)，它們在體型、這就導(dǎo)致了犬類 CpG 島成為突變的“熱點”。外貌和行為上展現(xiàn)出驚人的多樣性。可能為理解和治療人類神經(jīng)發(fā)育疾病開辟新的途徑。也在科學(xué)研究中扮演著不可替代的角色。研究人員像考古學(xué)家篩選化石一樣，我們不僅能更好地理解犬類的遺傳多樣性和疾病易感性，創(chuàng)造出了 200 多個犬種，每一個新生命的誕生都伴隨著基因組的微妙變化。

正如王國棟團(tuán)隊的研究所展示的，首次係統(tǒng)解析了家犬獨特的新發(fā)突變圖景，

在其他物種中，家犬每代每堿基的生殖係突變率約為 4.89×10^⁻⁹。對基因表達(dá)起著重要作用。