年轻新起源lincRNA基因在人类神经系统中的进化和功能研究

Evolution of human complex brain can not be attributable to single gene or single regulatory mechanism. Only synthesize the various elements and multidimensional genetic regulatory mechanism is expected to be possible to achieve breakthroughs. Thus explore the genetic mechanisms underlying rapid evolution of the human brain need to tap more relevant genes and new regulatory mechanisms. The importance of lincRNA genes in the nervous system provides a new perspective for the study of genetic mechanisms of the human brain. However, the role of the young new lincRNA genes originated in the evolution of the human brain has not been systematically studied. The project will parse out the young originated human lincRNA genes and study their evolutionary and functional characteristics by integrating bioinformatics, systems biology, and neurobiology methods, and find out the functional mechanism of 2-3 young originated lincRNA in the human nervous system. It will help to explore the genetic mechanisms of rapid evolution the human brain, providing new ideas and basic data for studying the genetic mechanisms of rapid evolution the human brain。

人脑如此复杂的性状的进化，绝非单个基因或单个调控机制所致，唯有综合归纳多层面各种元件和遗传调控机制，才有可能有望取得突破进展。因而探索人类大脑快速进化的遗传机制需要挖掘更多的相关基因和新的调控机制。lincRNA基因在神经系统中的重要性为研究人类大脑进化的遗传机制提供新的视角，然而年轻新起源的lincRNA基因在人类大脑进化中的作用至今还未得到系统性的研究。本项目将解析出人类年轻新起源的lincRNA基因，整合生物信息学、系统生物学、神经生物学方法，研究年轻新起源lincRNA基因的进化特征和功能特征， 明确2-3个新起源lincRNA基因在人类神经系统中的作用机制， 探索人类大脑快速进化的遗传机制, 为揭示人类大脑功能演化的遗传学机制提供新的思路和基础数据。

我们整合大规模灵长类基因组，人类、猕猴和树鼩的转录组，利用比较基因组学和转录组学分析，揭示了灵长类脑进化的模式，以及从蛋白质进化、非编码调控序列的进化和灵长类特异基因三个方面研究灵长类大脑快速进化的潜在遗传基础。我们解析出101个灵长类特异的大脑偏好表达基因，以及452个人类新基因——灵长类特异基因。同时，我们通过功能实验验证了新基因ZNF91在大脑神经元迁移中的重要作用。我们解析了人脑发育过程中基因表达轨迹的演变与转换，发现了一个与早期人类大脑发育相关的模块，并在该模块发现了一个热点基因RBFOX1，这个基因在其非编码区快速进化并且作用于大脑发育，我们推测RBFOX1可能在近期人类大脑进化中发挥巨大的作用。利用大规模转录组数据，深度分析了猕猴大脑转录组特征。发现脊椎动物胚胎发育过程中有助于新基因产生，研究验证了一个孤儿基因Fog2在发育过程中的重要作用。共发表SCI论文4篇，其中9分以上2篇。培养博士研究生一名，国家自然科学基金优秀青年基金获得者1名。