由马萨诸塞大学阿默斯特分校生物学家领导的跨学科研究小组最近发表了一项首次研究的结果，该研究调查了 18 种灵长类动物的基因表达与大脑进化之间的联系。研究小组收集了动物自然亡的动物园以及将遗体捐献给科学的人们的脑组织样本，然后对每个样本的 RNA 转录本进行了测序，生成了 17,000 个表达基因中每一个的图谱。在每个灵长类动物的大脑中。然后，研究小组比较了每个物种的全测序 RNA 转录组，以更好地了解基因组学和进化之间的联系，并可能提供对大脑活动和神经退行性疾病的细微差别的深入了解。

“我们研究灵长类动物的大脑进化，”该论文的主要作者、麻省大学阿默斯特分校分子和细胞生物学博士研究生凯蒂·里克尔顿(Katie Rickelton)说道，该论文发表在《eLife》杂志上。 “灵长类动物，尤其是人类，其大脑与身体尺寸相比非常大，然而，人类、黑猩猩和狐猴尽管具有相似的 DNA 序列，但它们却非常不同。我们认为这种差异可以部分解释为哪些基因的表达水平较高或较低。”

其他研究人员已经对灵长类动物大脑中的 RNA 进行了测序，但范围要有限得多。麻省大学阿默斯特分校生物学副教授、资深作者考特尼·巴比特(Courtney Babbitt)说：“如果我们想要弄清楚人类在灵长类动物中的独特之处，我们就必须研究更广泛的灵长类动物，而且没有人研究过。”之前有这么大的样本。”

为了进行研究，Rickelton、Babbitt 和他们的同事与马里兰大学国家儿童健康和人类发展研究所发育障碍脑和组织库、国家黑猩猩大脑资源中心以及其他近十家机构合作。因其脑组织的道德采购而受到广泛尊重。研究小组从所研究的 18 个物种的四个不同大脑区域(包括前额叶皮层、初级视觉皮层、海马体和小脑)获取样本，并使用麻省大学阿默斯特分校应用生命科学研究所的基因组学核心进行 RNA 测序。

RNA 是 DNA(每个物种的总体规划)和实际构建个体身体的蛋白质之间的中间步骤。可以产生的蛋白质的数量和种类由 RNA 的数量决定，RNA 的数量与 Rickelton、Babbitt 及其同事生成的转录组进行了映射。这是一项艰巨的任务。

“我们对 18 个物种的四个区域中表达的 17,000 个基因中的每一个进行了测序，”Babbitt 说。 “我们能够以非常高的分辨率对它们进行采样，”里克尔顿补充道。 “这是我们对这 18 个物种的大脑拥有的最好的转录组系列。”

该团队正在寻找与认知和新陈代谢相关的一系列大脑功能相关的差异，因为我们人类与我们的灵长类亲属共享的大而复杂的大脑需要大量的能量。他们发现从人类到侏儒懒猴的物种范围内存在显着程度的差异。

例如，与其他 16 个物种相比，人类和黑猩猩表现出显着的变异水平，尽管人类和黑猩猩从其他类人猿中分支出来的时间相对较晚，自然选择发挥作用的时间所剩无几。尽管研究小组采样的大脑四个区域存在差异，但大部分差异似乎主要可以通过物种进化来解释。里克尔顿指出，例外的是小脑。 “在进化上，它是大脑中最古老的部分，”里克尔顿说，“因此对于每个物种来说，它都有最长的时间以不同的方式进化。”

最后，研究小组的发现确定了可供进一步研究的特定基因，这可能有助于解释特定灵长类动物大脑的进化。这些基因可能有助于更好地了解四个区域中每个区域的大脑活动的细微差别，并提供对各种人类神经退行性疾病(例如阿尔茨海默病)的深入了解。

“这是最大的进化悖论之一：人类和黑猩猩拥有几乎相同的基因，但我们却如此不同，”巴比特说。 “为了弄清楚是什么让我们成为人类，我们必须广泛观察我们进化表亲的基因表达，而这正是我们在这项研究中开始做的事情。”