社会等级存在于许多动物中，包括昆虫、鸡、哺乳动物和灵长类动物。井井有条的社会体系使动物能够适应各种生态系统。在理解社会等级制度的遗传学方面，尤其是在昆虫方面，最近取得了许多成就。然而，哪种遗传改变导致胎盘哺乳动物的社会等级的产生，以及是否存在调节羊膜动物社会等级的一般遗传机制尚不清楚。

 

近期，中科院上海营养与健康研究所计算生物学重点实验室李海鹏课题组在Cell Research 杂志上发表了题为”Accelerated evolution of an Lhx2enhancer shapes mammalian social hierarchies“的研究论文，开发了一种新的检测正选择方法，并揭示了PAS1-Lhx在羊膜动物中建立社会阶层的至关重要的作用。

 

 

胎盘哺乳动物祖先谱系中具有加速进化的序列（正选择的标志）可能参与社会等级和胎盘哺乳动物特定性状的调节。因为现有方法只能检测保守和假定功能区域上的加速进化，而且这些方法通常只识别出一种人类加速进化序列，因此研究人员开发了一种新的检测正选择方法和相应的软件Kung-Fu Panda (KFP)，可以可靠、准确、快速地筛选整个多基因组比对（包括非保守和保守序列）并查明加速进化区域。

 

全基因组扫描结果显示，正选择作用最显著的区间位于Lhx2 基因上游的非编码区，并被命名为胎盘加速序列1（PAS1）。多项证据表明，PAS1是参与大脑发育的转录因子基因Lhx2的增强子。分离自各种羊膜动物的PAS1在体外表现出不同的顺式调节活性，并在小鼠胚胎的神经系统中不同程度地影响Lhx2的表达。

 

PAS1基因敲除小鼠（赛业生物构建）缺乏社会等级，因此，PAS1的调节活性对于羊膜动物建立组织良好的社会体系至关重要。PAS1敲入小鼠模型（wPAS1基因敲入小鼠由赛业生物提供）表明，PAS1决定了成年小鼠的社会优势和从属地位，并且突变的PAS1甚至可以改变社会地位。所有纯合突变小鼠的睡眠行为，运动协调能力和强度均正常。因此，PAS1-Lhx2对于羊膜动物建立组织良好的社会体系至关重要，并且对PAS1进行正选择在哺乳动物社会等级的发生中起着关键作用。

 

图1. PAS1基因敲除小鼠（赛业生物构建）缺乏社会等级

 

总而言之，PAS1与社会等级的关联为社会等级的遗传基础提供了新的见解。这项研究不仅提供了第一个证据，证明了在羊膜动物进化过程中社交行为是如何可操纵的，而且还提供了一种研究基因新功能的进化方法。Lhx2的增强子PAS1调节了羊膜动物的社会等级，而PAS1的加速进化形成了许多胎盘哺乳动物的社会等级。这一研究也从另一个侧面表明正选择理论、遗传学、发育生物学和神经生物学相结合是非常重要的。

 

图2. PAS1与羊膜动物社会等级的关联

 

原文检索：

Wang, Y., Dai, G., Gu, Z. et al. Accelerated evolution of an Lhx2enhancer shapes mammalian social hierarchies. Cell Res (2020). https://doi.org/10.1038/s41422-020-0308-7.