Nature封面 | 搞清楚了！夏波等人发现人类没有尾巴的潜在原因

尾巴的缺失是人类和“拟人类人猿”进化谱系中最显著的解剖学变化之一，并被认为对人类两足行走有贡献。然而，促进原始人尾巴丢失进化的遗传机制仍然未知。

2024年2月28日，哈佛大学夏波、纽约大学Itai Yanai 及Jef Boeke共同通讯在Nature 在线发表题为“On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes”的研究论文，该研究表明，在原始人祖先的基因组中插入一个Alu元素可能促进了尾巴丢失的进化。

尾巴附属物在不同脊椎动物的形态和功能上有很大的不同。特别是对于灵长类动物来说，尾巴适应了一系列的环境，这暗示了动物的运动方式。例如，帽猴进化出了一条可抓握的尾巴，在栖息于树上时，这条尾巴可以帮助它们抓握物体。然而，包括人类和猿类在内的原始人在进化过程中失去了外部尾巴。据推测，尾巴的丧失发生在大约2500万年前，当时古人类谱系与古老的旧大陆猴子分道扬镳，只留下3-5个尾椎骨，形成了现代人的尾骨或尾骨。

长期以来，人们一直推测，原始人的尾巴缺失有助于直立和两足运动，而这些运动的进化发生与尾巴的缺失相吻合。然而，促进失尾进化或直立和两足运动的遗传机制仍不清楚。灵长类动物基因组测序项目的最新进展使推断基因型和表型变化之间的因果关系成为可能，并使寻找控制尾巴发育的类人猿特有的遗传元件成为可能。

在猿和人类的进化谱系中，最显著的变化之一是失去了尾巴——这是它们与封面上的帽猴(Macaca radiata)等猴子区别开来的一个特征。然而，这种发展背后的遗传因素仍然不清楚。在本周的这期杂志上，夏波等人揭示了单个转座子可能导致猿和人类的尾巴消失。研究人员发现，将转座子插入TBXT的非编码部分(TBXT是一种对尾巴发育很重要的基因)会导致该基因的选择性剪接。当DNA被转录成RNA时，这种剪接会去除基因中部分蛋白质编码部分，作者认为这可能是导致尾巴丢失的原因（图源自Nature ）

脊椎动物的发育遗传学研究已经阐明了尾巴发育背后的基因调控网络。例如，小鼠基因组信息学(MGI)数据库包括100多个从自然突变和诱导诱变研究中鉴定出的与尾巴表型缺失或缩短有关的基因。这些基因的表达，包括诱导中胚层和终胚层的核心因子，如Tbxt(也称为T或Brachyury)、Wnt3a和Msgn1，在原始条纹和后体形成的发育中丰富。尽管这些基因的扰动可能导致尾巴缩短或完全没有尾巴，但在类人猿中，导致尾巴缺失进化的因果遗传变化仍然未知。了解原始人失去尾巴的遗传学可能会深入了解导致人类特征(如两足行走)的进化压力。

该研究提出的证据表明，在类人猿中，尾巴丢失进化的一个可能的进化场景涉及到在TBXT的内含子中插入一个AluY元素。研究证明，插入TBXT基因内含子的Alu元件与邻近的祖先Alu元件以相反的基因组方向编码，并导致类人猿特异性的选择性剪接事件。为了研究这一剪接事件的影响，建立了多个小鼠模型，表达全长和外显子跳过的Tbxt亚型，模拟其类人猿同源Tbxt的表达模式。

表达两种Tbxt亚型的小鼠表现出完全没有尾巴或尾巴缩短，这取决于在胚胎尾芽中表达的Tbxt亚型的相对丰度。这些结果支持了外显子跳过转录物足以诱导尾巴缺失表型的观点。此外，表达外显子跳过的Tbxt亚型的小鼠会出现神经管缺陷，这种情况在人类新生儿中约有千分之一。因此，尾巴丢失的进化可能与神经管缺陷的潜在适应成本有关，而神经管缺陷至今仍在影响人类健康。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07095-8