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新生或新發(fā)突變指的是在父母生殖細胞或受精卵中，因DNA復(fù)制或DNA損傷修復(fù)自發(fā)產(chǎn)生并遺傳給子代的突變。新生或新發(fā)突變?yōu)槲锓N進化提供了“原材料”，是較多散發(fā)性遺傳疾病的主要來源。新生突變的發(fā)生速率即突變率及其特征，在較多物種之間以及物種內(nèi)部的不同性別、個體、染色體之間，甚至染色體的不同區(qū)域間存在差異。然而，鳥類的新生突變研究較為有限，尤其缺乏關(guān)于突變特征的研究。

近日，中國科學(xué)院動物研究所王代平研究團隊以雀形目中的重要代表物種——斑胸草雀為研究對象，揭示了這一物種新生突變的特征和分布。

該研究基于兩個不同質(zhì)量的參考基因組，對包含16個子代的4個斑胸草雀家系進行新生突變檢測，分別發(fā)現(xiàn)了122和139個候選新生突變位點，并估算出突變率分別為6.14×10^-9和6.36×10^-9/堿基/代。上述兩個不同基因組組裝版本得出的結(jié)果高度一致，驗證了突變率的準確性。這為雀形目鳴禽的進化與遺傳研究提供了重要參數(shù)。

研究通過對突變位點特征的分析發(fā)現(xiàn)，斑胸草雀的突變率呈現(xiàn)性別差異，約80%的新生突變由父系傳遞。這與人類等哺乳動物的研究結(jié)果相符，表明精子發(fā)生過程經(jīng)歷了多次DNA復(fù)制并積累了更多突變。進一步，分析顯示，這種父系偏向的突變主要發(fā)生在堿基轉(zhuǎn)換類型中，尤其是C到T轉(zhuǎn)變在雄性中更常見；而在顛換類型的突變中未有顯著差異。由于堿基轉(zhuǎn)換突變多與DNA損傷修復(fù)過程相關(guān)，DNA損傷修復(fù)可能驅(qū)動了父系突變偏向的產(chǎn)生。

鳥類為ZW性別決定系統(tǒng)，而Z染色體主要在雄性中遺傳。研究預(yù)期，在父系偏向的模式下，Z染色體的突變率應(yīng)高于常染色體。該研究證實了這一預(yù)期并發(fā)現(xiàn)了Z染色體的突變率比常染色體高約4倍，而這一比例超出其在雄性中停留時間所能解釋的預(yù)期增長。這表明，除性染色體的遺傳特性外，可能有其他因素如DNA修復(fù)機制的效率差異導(dǎo)致性染色體突變率升高。

進一步，科研人員探討了新生突變在斑胸草雀基因組中的分布，發(fā)現(xiàn)了其與重組熱點或基因區(qū)域無顯著關(guān)聯(lián)，驗證了突變的隨機性。

10月2日，相關(guān)研究成果以Characterization and distribution of de novo mutations in the zebra finch為題，在線發(fā)表在《通訊-生物學(xué)》（Communications Biology）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院相關(guān)項目、第三次新疆綜合科學(xué)考察等的支持。

論文鏈接

研究使用的斑胸草雀家系。子代中標注的數(shù)字表示利用兩個參考基因組分別檢測到的新生突變數(shù)目