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都说大龄产子会增加基因突变,赖爹还是赖妈?

发布时间:2019-03-07 点击量:
父母生育子女的年龄对后代的影响一直是人们所关注的话题之一。不久前,来自冰岛大学的Hákon Jónsson及其同事发表在《自然-遗传学》(Nature Genetics)上的一项相关研究得出了如下结论:从基因组水平来讲,父母生育后代时的年龄越大,子女遗传物质中出现新生突变的概率就越高。 新生突变(de novo mutation,DNMs),指出现在后代基因组中的、由父母一方精子/卵子中遗传物质突变导致一个家族中首次出现的基因变化。为了解父母的年龄和性别是如何影响新生突变的,研究者采集了14,688名冰岛人(样本人群构成如图1)的血液或口腔细胞样品,并对样品中的遗传物质进行了全基因组测序分析。
随父母生育年龄变化,源自父系的新生突变年增长数量是源自母系的四倍
测序识别出了包括单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNP)、核苷酸插入/缺失在内的共108,788个新生突变,即受试的1548个家族的“基因平均突变率”为70.3个/家族。 从新生突变数量角度,研究者发现,以225组祖孙三代样本作为研究群体时,源自母亲的新生突变数量岁随母亲年龄的增长每年增加0.37个,而源自父亲的新生突变数量是前者的四倍,随父亲年龄的增长每年增加1.51个;同样,以1,584组父母-子女三人组样本为研究群体时,也显示出了类似的趋势。
判断某突变为新生突变的依据:新生突变(星星图案)在三代人的第二代中出现,随父方(蓝色)染色体遗传至第三代。
后代基因组中新生突变数量与父/母生子时年龄的函数关系,随父亲年龄增长产生的父方遗传新生突变数量(蓝色)是相应母方遗传(红色)中的四倍(研究群体为225组祖孙三代样本)。横轴:父/母生子时的年龄;纵轴:后代基因组中的新生突变数量。
不同突变类型各自的父方(纵轴)/母方(横轴)遗传随年龄增长的变化率的对比(研究群体为1,584组父母-子女三人组样本),父方随年龄的突变率整体约为母方的3.1倍,两个例外分别是CpG>TpG突变(比率偏高,父方:母方≈6:1)和C>G突变(比率偏低,父方:母方≈1:1)。
染色体上的聚类突变随母方生育年龄变化产生了更大的变化幅度
虽然对新生突变的整体数量来说,随着年龄的增加,源自母亲的突变数量的增加量比来自父亲的突变数量的增加量小,但这是整体上的基因突变率。相比之下,聚类突变(clustered mutation,在一小段基因簇中同时出现的多个新生突变)的分布情况则并非如此。
研究人员接下来详细的研究了一下这些与生育年龄相关的新生突变在染色体中的位置,发现它们并不是均匀分布在整个基因组里的,而是更密集地分布在基因簇里(基因簇,gene cluster,分布在生物基因组中,呈现两个或以上较紧密排列并编码相似生物功能的基因集合)。
与父亲相比,母亲年龄的增长会让聚类新生突变产生更大的增幅,这些突变出现在基因组上的位置跨度也更大,突变类型也会产生较大幅度改变。
了解人类基因组中产生序列多样性的突变过程,对医学、遗传学和进化的相关研究至关重要。突变率是用于校准序列多样性时间量程的关键参数,文中描述的突变现象和突变率可以用来预测人类世代基因突变的长期状态。
整体来讲,在本次研究中,研究人员通过计算,认为父母中父亲方的生育年龄每增长10岁,会导致后代基因变异率平均每年增长4.7%,而母亲方生育年龄同样的增幅则会导致后代基因变异率每年降低9.6%,因为更年长的母亲虽然会导致后代遗传物质中产生更多的突变,但也意味着她们会生出数量较少的的后代,这二者相互抵消,反而导致了母亲方的年龄增长在整体上降低了后代的基因突变率。
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