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你是否有过这样一个疑问：猫咪有尾巴 ， 狗狗有尾巴 ， 仓鼠也有尾巴 ， 那为什么人没有尾巴？从小鼠到猴子的绝大部分哺乳动物都有尾巴 ， 但唯独人类和我们近亲猿类缺乏这一身体构造 。
哺乳动物的尾巴具有许多功能 ， 比如保持或者调整身体平衡 。 那么 ， 作为哺乳动物的一员 ， 人类和猿类为什么要把尾巴给舍弃掉呢？
近日 ， 纽约大学格罗斯曼医学院Itai Yanai、Jef Boeke、夏波等人在预印本bioRxiv上发表了题为：The genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes 的研究论文 。
该研究发现了一个简单的“基因跳跃” ， 它可能就是导致人类尾巴消失的原因 。 更重要的是 ， 这一发现还表明 ， 这一基因变化可能导致了一种不那么明显但十分危险的结果——脊髓发育的先天缺陷的风险更高 。
哈佛大学/霍华德休斯研究所进化生物学家Hopi Hoekstra评论道：“这项工作不仅解决了‘是什么让我们成为人类这个固有的有趣问题’ ， 同时还为这种进化变化是如何发生的提供了新的见解 。 这无疑是一项精彩的研究！”
在被问及开展这项研究的初衷时 ， 该论文的第一作者兼共同通讯作者夏波表示 ， 2019年的夏天 ， 他在一辆Uber里伤到了自己的尾巴骨 ， 这让他重新想起一个小时候曾思考过的一个问题——我们在进化过程中如何丢掉自己的尾巴骨的？”
近些年来 ， 随着测序技术的发展 ， 大量的灵长类基因组已经被测序 。 基于这些测序数据 ， 夏波开始寻找导致猿类（包括人类）尾巴消失的基因变化 。 在一个名为TBXT（也叫T或者Brachyury）的基因中 ， 他发现了一个强有力的怀疑对象 ， 一个名为Alu元件（AluY）的短DNA插入 。 这个Alu元件存在于所有猿类中 ， 但在其他灵长类动物中缺失 。
人类和猿类尾巴缺失的进化图谱
Alu序列可以在基因组中移动 ， 因此也被称为跳跃基因或转座子 ， 属于反转座子（Retrotransposon ， 早年间由通讯作者之一的 Jef Boeke 命名） 。 Alu序列在人类基因组中很常见 ， 包含超过一百万个元件 ， 约占我们DNA的10% 。 它们的活动也会产生不同的结果：有时 ， Alu的插入不会产生任何作用；有时 ， 它们会中断基因并阻止其蛋白质的产生；而在一些情况下 ， 它们可能会改变蛋白质表达的位置或方式 。
【哺乳动物|人类为什么没有尾巴？这个跳跃基因抹去了人类的尾巴，并带来了额外风险】对此 ， 加州大学圣地亚哥分校的进化生物学家Pascal Gagneux说：“这使得它们成为进化变异的巨大驱动力 。 Alu插入的代价通常是昂贵的 ， 但偶尔你会中头彩而拥有了有益的基因变化 。 ”
TBXT基因中的Alu插入突变
TBXT编码一种名为brachyury的蛋白 ， 它在希腊语中代表“短尾”的意思 ， 因为这种蛋白的突变会导致老鼠的尾巴变短 。 初步观察 ， 这一猿类特有的Alu元件存在于TBXT基因的内含子中间 ， 似乎并不能引起任何显著的基因破坏 。 然而 ， 在进一步观察后 ， 夏波注意到另一个古老的Alu元件（AluSx1）也潜伏在附近 。
他发现 ， 在猿类体内 ， 这两个Alu元件可以粘在一起 ， 形成一个循环 ， 从而改变TBXT的表达 ， 因此产生的蛋白会比原来的蛋白短一点 。 夏波的这种敏锐的洞察力让Hopi Hoekstra赞叹不已 。
在人类中 ， Alu相互作用和相应的TBXT转录本的示意图
事实上 ， 夏波及其同事还发现 ， 人类胚胎干细胞会产生两个版本的TBXT-mRNA ， 一个长 ， 一个短 。 与之相对 ， 小鼠胚胎干细胞只产生更长的那个 。 夏波等人利用CRISPR技术敲除了人类胚胎干细胞中的一个Alu元件 ， 而只剩一个Alu元件的TBXT基因就不再产生短的mRNA 。
研究团队还通过CRISPR技术让小鼠体内出现了TBXT的短mRNA版本 ， 以评估这种简化的猿类特有蛋白质是如何影响尾巴发育的 。 结果发现 ， 携带两个短基因副本的小鼠无法存活 ， 杂合子小鼠可以存活 ， 但出生时尾巴长度各异——从完全没有到接近正常 。
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