人类和黑猩猩的基因组约 96% 是相同的，氨基酸序列的差异甚至更少。是什么让我们成为人类，或者说是什么让我们没有变成黑猩猩？

染色体带型的比较是真核生物基因组大型组织异同的快照。共线性的字面意思是“在同一个带中”，也就是说，在同一个染色体上 [ 染色体交换会破坏共线性导致慢性粒细胞白血病]。近缘种通常在大型共线性块上显示出一致性。带状模式的相似性揭示了 DNA 序列自身模式潜在的相似性。

下图显示了人类、黑猩猩、大猩猩和猩猩染色体带型之间的关系。

类人猿比较核型（Great Apes competitive karyotype）。（a）条带模式的照片。自左向右：HSA ：晚期智人；PTR ：黑猩猩；GGO ：低地大猩猩；PPY ：婆罗洲猩猩；苏门答腊（Sumatran）。（b）表意文字

只看人类基因组是难以对我们自身做出推断的。但通过以下两种方法将有助于人们理解基因组。

●  比较基因组学。通过人类和黑猩猩的基因组比较，了解物种基因组之间的差异。

●  人类疾病的研究。许多突变会引发疾病，也会使受影响区域产生编码酶、调节蛋白、RNA 或目标 DNA 序列。理解突变的影响不仅会阐明人类生物学，而且直接为临床应用服务。

比较基因组学

人类和黑猩猩的基因组约 96% 是相同的，氨基酸序列的差异甚至更少。是什么让我们成为人类，或者说是什么让我们没有变成黑猩猩，我们可以专注于 13Mb 的不同的序列，而不是全部 32 亿个碱基对。人类和黑猩猩具有非常相似的一套表达蛋白质，而且绝大多数人类和黑猩猩的同源蛋白质是相同或非常相似的。大约有 30% 的同源蛋白质人类和黑猩猩没有差异。平均而言，只有两个氨基酸差异。

那么，是什么让人类和黑猩猩朝着不同方向发育？最终的答案一定躺在静态的基因组序列中。然而，做出令人满意的答案则需要了解调节基因表达的动态模式。这里有一个悖论。一方面，生命系统是相当健壮的。例如，酵母存活个体中淘汰 80% 的基因。另一方面，人类和黑猩猩的基因组之间 4% 的差异却产生了深刻的表型差异。这是一个混沌系统，表明一个微小的扰动会引发在随后发育轨迹的巨大变化。健壮度的叠加将会对特定变化发挥巨大的影响力。

有两种方法可以找到这些至关重要的序列。一是关注人类和黑猩猩的基因组之间的差异，并试图找出的这些位点发生了什么变化。二是研究黑猩猩与人类独特的表型，如语言和推理。

结合的方法：FOXP2 基因

语言是人类唯一的特征。它显示出一些人类与其他物种（包括黑猩猩）之间的基因组差异。说活或理解语言，或两者兼有的障碍性疾病的发生与创伤或遗传有关。伦敦的一个“KE”家庭成员患有一种影响面部运动（控制说话）和导致语言心理过程严重失常的疾病。这是一个简单的孟德尔遗传。

已经确认这种异常是由 FOXP2 基因上的单核苷酸多态性（SNP）的突变所引起的。FOXP2 基因编码的蛋白质含有 715 个氨基酸。从进化的角度来看，它是一种很稳定的蛋白质，在小鼠与黑猩猩、恒河猴、大猩猩之间，只有一个氨基酸被替代。而在其他灵长类动物中则有两个氨基酸发生变异。

由此可见，人类表型的研究与序列比较分析相结合十分重要。KE 家庭成员表型是由单个基因上两个 SNP 引起的。但是这一结论并不适用苯丙酮尿症，我们不能得出这样的结论：仅仅一个基因参与形成表型。FOXP2 基因的产物是一个转录因子，其活动会影响许多基因的表达。基因的协同表达需要共同进化，即其他基因也发生序列变化。

黑猩猩和人类基因组

克林特的基因组序列发表于 2005 年，它是一只来自于美国埃默里大学耶基斯国家灵长类动物研究中心的雄性黑猩猩，它属于西非亚种白脸黑猩猩。

正如预期的一样，可以从这一与人类如此密切相关的物种中得出以下结论。

● 96% 的基因组与人类基因组匹配。

●  匹配区域的序列 1.23% 在位置上不同。人类和黑猩猩都存在种内分歧，很可能这样的差异在种间只有大约1% 。

● 4% 不匹配区域表示发生了插入和删除。据估计，大约 45Mb 的人类序列和黑猩猩序列不对应，而且还有类似数量的黑猩猩序列和人类的序列也不匹配。由插入 / 删除造成的基因组差异比由碱基替换造成的基因组差异多。

●  整个基因组差异的大小是可变的。在 1Mb 的共线性片段内，差异为 0.005% ~0.025% 。X 染色体的分歧最低，而 Y 染色体的分歧最高。

●  编码的蛋白质序列也非常相似。13 454 个同源蛋白质中，29% 的序列相同。人类和黑猩猩之间相应蛋白质中平均有 1 个或 2 个氨基酸残基的差异。尽管大多数蛋白质非常相似，但也有少数蛋白质显示出很高的K a /K s 值，表明这些蛋白质受到正向选择。包括血糖蛋白C、粒溶素（参与抵御感染）及其他参与繁殖的蛋白质（选择会直接影响到繁殖，产生高的进化变异率）。

●  人类大脑基因表达模式比其他部位基因变化更快。

本文由安静摘编自[美]A.M.莱斯克著，薛庆中、胡松年等译《基因组学概论》（第二版）第四章，内容有删减。

978-7-03-046345-6

《基因组学概论》（第二版）的内容框架设计独具匠心，作者把基因组比拟为生物学研究的集线器。由此分层次介绍了 DNA、蛋白质序列和结构、基因组、蛋白质组、转录组和系统生物学内容，也分别对原核生物、真核生物、人类基因组结构和特性进行了介绍和比较，并将基因组变化和进化联系起来。

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