灵长类大脑进化关键基因的功能研究

大脑是动物行为和认知的物质基础，也是进化的产物。对灵长类大脑进化关键基因的功能研究将有助于揭示灵长类复杂认知行为和人类智力的遗传基础。本项目在前期灵长类比较基因组学和分子进化研究的基础上，利用细胞转基因、转基因小鼠和转基因猕猴等研究手段，深入分析我们在前期工作中发现的两个在灵长类大脑进化中起关键作用的基因（小头症基因-MCPH1和垂体腺苷环化酶激活肽前体基因-ADCYAP1）的功能；揭示灵长类MCPH1基因序列差异与物种间大脑容量差异的关系及其对灵长类大脑发育的调控机制；研究在人类起源中新产生的由ADCYAP1基因编码的人类特有神经肽对大脑发育和神经通路形成的影响，为解释人与非人灵长类间的认知功能差异提供线索。本项目的特色和创新之处在于将认知和行为的遗传基础问题放在进化的框架下进行研究。同时，我们建立的猕猴转基因模型将为人类脑功能的研究提供一个崭新的研究平台。

本项目有利用细胞转基因、转基因小鼠等研究手段，深入分析我们在前期工作中发现的两个在灵长类大脑进化中起关键作用的基因（小头症基因-MCPH1和垂体腺苷环化酶激活肽前体基因-ADCYAP1）的功能；揭示灵长类MCPH1基因序列差异与物种间大脑容量差异的关系及其对灵长类大脑发育的调控机制；研究在人类起源中新产生的由ADCYAP1基因编码的人类特有神经肽对大脑发育和神经通路形成的影响，为解释人与非人灵长类间的认知功能差异提供线索。项目已按照研究计划顺利完成，主要研究成果包括：1）建立了MCPH1小鼠携带人基因拷贝的转基因模型并对转基因小鼠进行了系统的大脑发育、脑转录组和行为学分析，发现人类的MCPH1基因拷贝导致小鼠大脑容量增加和认知能力的改善；2）通过体外实验发现了MCPH1人类特异突变会改变其对下游基因的调控效应，并在MCPH1的启动子区域发现了一个新的灵长类特异的E2F1调控序列；3）发现包括MCPH1在内的多个脑容量基因启动子区存在雌激素调控元件，可能是导致灵长类大脑性别二型性的重要分子基础；4）初步构建了携带人类MCPH1基因拷贝的转基因猕猴，为后续利用灵长类动物研究人类大脑起源的遗传机制提供了重要的基础；5）构建了ADCYAP1基因体外表达体系，为研究人类大脑特异神经肽NP-41的功能奠定了基础。