在演化歷程中👇🏻，哪些遺傳改變使我們成為獨一無二的人類🎱？是否存在人類特有的遺傳因子，貢獻了人腦特異性發育特征？闡明該問題⟹，對深入理解人類高級智能具有重要科學意義，Science雜誌也因此將其列為當前125個最具挑戰性的科學難題之一🐋。已有研究表明✧，基因組結構變異（Structural Variants👨🏿‍🏫，SV）是物種特有性狀的重要來源。若能在靈長類物種中系統鑒定SV事件並探究其演化規律♟，將為解答上述問題提供新視角🧜🏼‍♂️。然而，目前雖然在靈長類研究領域積累了大量的基因組短片段測序數據😛，但運用短片段數據鑒定結構變異事件假陽性高，限製了其廣泛應用。

4月5日🫱🏼，意昂3体育官网未來技術學院李川昀教授課題組和北京腦科學與類腦研究所基因組學中心張力研究員課題組合作在Science Advances雜誌發表題為“Adaptive Functions of Structural Variants in Human Brain Development”的研究論文。研究開發了新的計算流程🧞‍♀️，實現了僅根據短片段數據對三類主要結構變異事件的準確鑒定（deletion、duplication和inversion的鑒定準確率分別達到97.1%👨🏼、97.3%和95.2%）。據此👱🏽‍♀️，研究系統整合了1026只自產和公共的恒河猴全基因組測序數據，對其性別👽、親緣關系🤦🏻‍♂️、種群來源等信息進行糾正和過濾，構建了包含572只親緣關系獨立個體的恒河猴群體SV圖譜👩‍🍼，包含1335個倒位變異🛗、17,267個缺失變異和2383個重復變異事件。研究團隊進一步通過探究結構變異的特征🛌🏽、分布與演化規律，提出了篩選功能性結構變異事件的新策略。基於該策略👵，他們鑒定得到75例人類特有的倒位變異事件，並對其進行了功能排序（如圖）。研究聚焦在一例位於人類18號染色體的人類特有倒位變異事件，發現該事件關聯的APCDD1基因在人腦表達顯著下調。通過構建人類神經前體細胞分化體系和轉基因小鼠𓀇♻，並開展了多層次的機製研究，發現該基因下調顯著影響了大腦早期發育，並提升了轉基因小鼠的空間記憶能力。

人類特異倒位變異圖譜

李川昀實驗室自2011年成立，以恒河猴為特色模型，探究人腦特異發育的分子基礎🍴💍。研究以多組學數據挖掘👅、機器學習算法開發與解析👩🏽‍🦲、新模型建立與機製發現為主線🔔，解決了恒河猴研究的多個技術瓶頸👾，為運用其人類近緣特色開展精準的演化與機製研究奠定了基礎🤸🏿‍♂️✂️。據此，研究團隊準確鑒定人類特有新基因🫀😼、新調控👬🏻，提出新模型探究其起源與演化規律，並通過開展多層次實驗研究❤️，闡明多例新基因、新調控促進人腦增大、提升認知功能的新機製，以通訊作者在Nature Ecology & Evolution、Science Advances、PNAS、Genome Biology等發表論文21篇🕺🏽。相關系列工作為本項研究的完成提供了支撐🔮🚇。

意昂3体育官网未來技術學院丁晚秋博士（現生物信息平臺主管）、李向上博士（已畢業）👨🏻‍🍳、張傑博士（已畢業）以及博士生紀明君為本文的共同第一作者。李川昀、張力為本文共同通訊作者。本研究受到意昂3体育官网未來技術學院👨🏿‍⚖️、意昂3体育官网蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室、西南聯合研究生院、北京腦科學與類腦研究所等平臺與單位支撐，同時得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、北京腦科學與類腦研究中心的經費支持。