胎盤加速序列1（PAS1）-揭示羊膜動(dòng)物社會(huì)階層的形成機(jī)制

社會(huì)等級(jí)存在于許多動(dòng)物中，包括昆蟲、雞、哺乳動(dòng)物和靈長(zhǎng)類動(dòng)物。井井有條的社會(huì)體系使動(dòng)物能夠適應(yīng)各種生態(tài)系統(tǒng)。在理解社會(huì)等級(jí)制度的遺傳學(xué)方面，尤其是在昆蟲方面，最近取得了許多成就。然而，哪種遺傳改變導(dǎo)致胎盤哺乳動(dòng)物的社會(huì)等級(jí)的產(chǎn)生，以及是否存在調(diào)節(jié)羊膜動(dòng)物社會(huì)等級(jí)的一般遺傳機(jī)制尚不清楚。

近期，中科院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所計(jì)算生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李海鵬課題組在Cell Research 雜志上發(fā)表了題為”Accelerated evolution of an Lhx2enhancer shapes mammalian social hierarchies“的研究論文，開發(fā)了一種新的檢測(cè)正選擇方法，并揭示了PAS1-Lhx在羊膜動(dòng)物中建立社會(huì)階層的至關(guān)重要的作用。

胎盤哺乳動(dòng)物祖先譜系中具有加速進(jìn)化的序列（正選擇的標(biāo)志）可能參與社會(huì)等級(jí)和胎盤哺乳動(dòng)物特定性狀的調(diào)節(jié)。因?yàn)楝F(xiàn)有方法只能檢測(cè)保守和假定功能區(qū)域上的加速進(jìn)化，而且這些方法通常只識(shí)別出一種人類加速進(jìn)化序列，因此研究人員開發(fā)了一種新的檢測(cè)正選擇方法和相應(yīng)的軟件Kung-Fu Panda (KFP)，可以可靠、準(zhǔn)確、快速地篩選整個(gè)多基因組比對(duì)（包括非保守和保守序列）并查明加速進(jìn)化區(qū)域。

全基因組掃描結(jié)果顯示，正選擇作用最顯著的區(qū)間位于Lhx2 基因上游的非編碼區(qū)，并被命名為胎盤加速序列1（PAS1）。多項(xiàng)證據(jù)表明，PAS1是參與大腦發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子基因Lhx2的增強(qiáng)子。分離自各種羊膜動(dòng)物的PAS1在體外表現(xiàn)出不同的順式調(diào)節(jié)活性，并在小鼠胚胎的神經(jīng)系統(tǒng)中不同程度地影響Lhx2的表達(dá)。

PAS1基因敲除小鼠（賽業(yè)生物構(gòu)建）缺乏社會(huì)等級(jí)，因此，PAS1的調(diào)節(jié)活性對(duì)于羊膜動(dòng)物建立組織良好的社會(huì)體系至關(guān)重要。PAS1敲入小鼠模型（wPAS1基因敲入小鼠由賽業(yè)生物提供）表明，PAS1決定了成年小鼠的社會(huì)優(yōu)勢(shì)和從屬地位，并且突變的PAS1甚至可以改變社會(huì)地位。所有純合突變小鼠的睡眠行為，運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力和強(qiáng)度均正常。因此，PAS1-Lhx2對(duì)于羊膜動(dòng)物建立組織良好的社會(huì)體系至關(guān)重要，并且對(duì)PAS1進(jìn)行正選擇在哺乳動(dòng)物社會(huì)等級(jí)的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用。

圖1. PAS1基因敲除小鼠（賽業(yè)生物構(gòu)建）缺乏社會(huì)等級(jí)

總而言之，PAS1與社會(huì)等級(jí)的關(guān)聯(lián)為社會(huì)等級(jí)的遺傳基礎(chǔ)提供了新的見解。這項(xiàng)研究不僅提供了第一個(gè)證據(jù)，證明了在羊膜動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中社交行為是如何可操縱的，而且還提供了一種研究基因新功能的進(jìn)化方法。Lhx2的增強(qiáng)子PAS1調(diào)節(jié)了羊膜動(dòng)物的社會(huì)等級(jí)，而PAS1的加速進(jìn)化形成了許多胎盤哺乳動(dòng)物的社會(huì)等級(jí)。這一研究也從另一個(gè)側(cè)面表明正選擇理論、遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)相結(jié)合是非常重要的。

圖2. PAS1與羊膜動(dòng)物社會(huì)等級(jí)的關(guān)聯(lián)

原文檢索：

Wang, Y., Dai, G., Gu, Z. et al. Accelerated evolution of an Lhx2enhancer shapes mammalian social hierarchies. Cell Res (2020). https://doi.org/10.1038/s41422-020-0308-7.