在生命的同樣長河中，每一個新生命的都狗誕生都伴隨著基因組的微妙變化。這些被稱為“新發(fā)突變”的為何遺傳變異，如同時間在 DNA 上留下的差異印記，既是同樣進化的原料，也是都狗理解生命奧秘的鑰匙。

近日，為何中國科學院昆明動物研究所王國棟研究員領(lǐng)導的差異國際團隊發(fā)表了一項開創(chuàng)性研究，首次系統(tǒng)解析了家犬獨特的同樣新發(fā)突變圖景，為我們打開了一扇觀察生命演化的都狗新窗口。

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，從嬌小的差異吉娃娃到威武的德國牧羊犬，從卷毛的同樣貴賓犬到短腿的臘腸犬——這些外貌迥異的狗狗們，都源自同一個祖先。都狗

人類在短短幾百年的為何育種歷程中，創(chuàng)造出了 200 多個犬種，它們在體型、外貌和行為上展現(xiàn)出驚人的多樣性。這種快速的表型分化，為科學家研究突變規(guī)律提供了得天獨厚的模型。

王國棟團隊對 43 個犬種的 390 個親子三聯(lián)家系進行了深入研究，涵蓋 643 個個體。

通過高深度全基因組測序，研究人員像考古學家篩選化石一樣，從海量的遺傳信息中精確識別出 8312 個新發(fā)突變。這些突變?nèi)缤蚪M上的時間戳，記錄著從父母到子代的遺傳變化軌跡。

研究發(fā)現(xiàn)，家犬每代每堿基的生殖系突變率約為 4.89×10^⁻⁹。

這個看似微小的數(shù)字，卻蘊含著深刻的進化意義?；谶@一更為精確的突變速率，研究團隊重新校準了犬類進化史上的關(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，這為理解人類最忠實伴侶的馴化歷程提供了更可靠的時間框架。

父親的年齡密碼

在遺傳的舞臺上，父母的年齡扮演著關(guān)鍵角色。研究發(fā)現(xiàn)，父親年齡對子代突變數(shù)目的影響尤為顯著，而且這種“父源效應(yīng)”在犬類中比人類更加明顯——約高出 50%。這意味著，年長的公犬更容易將新的突變傳遞給后代。

更有趣的是，不同體型的犬種展現(xiàn)出截然不同的突變積累模式。

小型犬種隨著父親年齡增長，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，但隨年齡增長的突變積累速度反而較慢。

這種差異可能與它們不同的生命史特征有關(guān)——大型犬發(fā)育更快、壽命更短，而小型犬則相對長壽。這一發(fā)現(xiàn)暗示著，體型不僅影響狗狗的外表和壽命，還深刻影響著它們基因組的演化動態(tài)。

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，那么 CpG 島就是其中的特殊島嶼。

這些富含 CG 二核苷酸的區(qū)域通常位于基因的調(diào)控區(qū)域，對基因表達起著重要作用。令人驚訝的是，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，而在人類中并未觀察到這種現(xiàn)象。

這一獨特現(xiàn)象的背后，隱藏著一個進化的秘密。犬科動物是唯一缺失重組關(guān)鍵基因 PRDM9 的哺乳動物。

在其他物種中，PRDM9 就像一個精確的導航儀，引導 DNA 重組發(fā)生在特定位置。而失去這個“導航儀”的犬類，重組事件更多地集中在開放的染色質(zhì)區(qū)域，尤其是 CpG 島。

由于重組過程本身具有致突變性，這就導致了犬類 CpG 島成為突變的“熱點”。

通過比較不同物種的進化速率，研究團隊推算出犬科動物失去 PRDM9 基因的時間約為 3730 萬年前。這意味著，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，展現(xiàn)出生命對不同遺傳機制的驚人適應(yīng)能力。

母系遺傳的意外發(fā)現(xiàn)

在這項研究中，一個特殊的案例引起了科學家的注意。一只邊境牧羊犬攜帶了 214 個新發(fā)突變，是正常水平的近十倍。

更令人驚訝的是，這些突變主要來自母親，其中 140 個被確認為母源突變。

進一步的基因分析發(fā)現(xiàn)，這只狗的母親攜帶了 DNA 錯配修復基因 MLH1 的一個致病性突變。這是迄今為止首次報道的母源超突變案例，打破了人們對生殖系突變主要來自父系的傳統(tǒng)認知。

這個發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對突變機制的理解，也提示著某些遺傳疾病可能通過母系以意想不到的方式傳遞。對于臨床遺傳學和育種實踐而言，這一發(fā)現(xiàn)具有重要的警示意義。

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。

雖然這些突變大多位于非編碼區(qū)域，其具體功能還有待進一步研究，但這種跨物種的共同特征暗示著神經(jīng)系統(tǒng)可能是突變的一個特殊靶標。

考慮到狗在認知能力、社交行為和情感表達方面與人類的相似性，這一發(fā)現(xiàn)為將家犬作為神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型提供了遺傳學基礎(chǔ)。未來，通過深入研究這些突變?nèi)绾斡绊懮窠?jīng)功能，可能為理解和治療人類神經(jīng)發(fā)育疾病開辟新的途徑。

照見進化的鏡子

家犬的突變研究不僅揭示了一個物種的遺傳奧秘，更為我們理解生命演化的普遍規(guī)律提供了獨特視角。

PRDM9 基因的缺失、CpG 島的高突變率、體型與突變動態(tài)的關(guān)聯(lián)——這些發(fā)現(xiàn)共同勾勒出一幅復雜而精妙的進化圖景。

正如王國棟團隊的研究所展示的，每一個物種都在用自己獨特的方式書寫著進化的故事。

家犬作為人類最親密的動物伙伴，不僅陪伴著我們的日常生活，也在科學研究中扮演著不可替代的角色。

通過解讀它們基因組中的突變密碼，我們不僅能更好地理解犬類的遺傳多樣性和疾病易感性，也能從中窺見生命演化的基本法則。

這項研究提醒我們，在生命科學的探索中，每一個看似微小的發(fā)現(xiàn)都可能蘊含著改變認知的力量。從一個堿基的改變到物種的分化，從父母的年齡到后代的命運，生命以其獨特的方式詮釋著連續(xù)與變化、偶然與必然的辯證關(guān)系。

而科學，正是我們解讀這部宏大生命之書的鑰匙。

參考文獻

[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

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出品丨科普中國

作者丨夏至 大阪大學

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