生物通报道：中国科学院昆明动物所张亚平院士研究组在PLoS One杂志上发表最新研究成果，分析了骨形态形成蛋白家族成员之一：GDF5在人类中的群体多态性特征，取得了骨骼基因的适应性进化研究的新进展。

人类在进化过程中获得许多区别于其它灵长类的生理、形态、行为上的独特性状。其中，骨骼系统的差异尤为明显，这一点毋庸置疑。同样，现代人群表现出来的表型多样性有很大一部分是由骨骼系统塑造的。人类的体重、大小在晚更新世与全新世早期发生降低的趋势。这种趋势可能是由于饮食改变所致：这个时期，尤其农业出现，人类从狩猎转变为自己生产食物，生产技术要求的提高使得体型高大变得并不占有优势，同时营养经常匮乏也会导致身材降低。另一方面，这种趋势也可能是遗传因素（如适应性进化）所致。

GDF5是骨形态形成蛋白家族成员之一，在骨骼系统特别是四肢软骨发育过程中起到至关重要的作用。大量研究已表明，该基因的5’端启动子区域的SNPs rs143383和rs143384的衍生等位基因和关节炎有显著相关性。另外，它们导致GDF5基因的表达水平的降低，进而减缓四肢骨骼生长速率。因而，这些衍生等位基因又与人类身高的降低存在相关性。

张亚平院士实验室吴东东、李桂梅等人详细分析研究了人类GDF5群体多态性特征，发现rs143383和rs143384的衍生等位基因在东亚人群中受到达尔文正选择的作用，而这些衍生等位基因又与身高的降低显著相关。因而，此数据支持人类的体重、大小在晚更新世与全新世早期发生降低很可能是适应性进化的结果。

张亚平院士早年毕业于复旦大学生物系，1991年获中国科学院昆明动物研究所博士学位，在他37岁的时候成为了中国科学院院士。主要的研究包括在国内较早地、系统地开展动物分子系统学的研究，深入研究灵长类、食肉类、兔形类和啮齿类的进化，在国际上建立了较为全面的熊超科分子系统树等。

其研究组成果颇丰，今年已发表多篇文章，比如研究组成员在之前研究的基础上，分析了暗视觉通路上游的CRX基因和下游的SAG基因。结果发现这两个基因也在墓蝠和果幅中发生了趋同进化。

之前动物研究所沈永义副研究员在张亚平院士的指导下，克隆了视网膜上视杆细胞视紫红质的RHO基因(Rhodopsin)，发现无论是眼睛退化的食虫蝙蝠还是眼睛发达的旧大陆果蝠的视杆细胞都有表达RHO基因，说明即使是那些眼睛高度退化的食虫蝙蝠，它们仍然具有暗视觉。

这一基因在果蝠与墓蝠（食虫蝙蝠，眼睛没退化）间发生了趋同进化，长翼蝠和菊头蝠（眼睛都退化）也发生了趋同进化。该结果揭示了在蝙蝠分化后，可能由于对暗视觉的趋同需求（有些种类趋向于更多依赖视觉，眼睛发达；而有些是趋向于较少依赖视觉，眼睛退化），导致了RHO基因在蝙蝠里面发生了多次趋同进化。

这一研究则发现了罕见的一条通路里面，多个基因同时发生趋同进化。这也反应了复杂的性状（大眼睛，好的暗视觉能力）不是单个基因就能完全左右的，需要一系列的基因来控制。

有意思的是，研究人员在蝙蝠回声定位的研究上，也发现这种复杂功能的趋同进化是多基因作用的结果（PLoS Genetics接收，目前minor revision）。这些研究说明了对复杂器官的进化需要从基因通路/网络的角度进行探索，其进化是多基因联合作用的结果。这对进一步研究复杂性状的起源和进化具有重要意义。这项研究引起了多方关注。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Positive Selection on the Osteoarthritis-Risk and Decreased-Height Associated Variants at the GDF5 Gene in East Asians

GDF5 is a member of the bone morphogenetic protein (BMP) gene family, and plays an important role in the development of the skeletal system. Variants of the gene are associated with osteoarthritis and height in some human populations. Here, we resequenced the gene in individuals from four geographically separated human populations, and found that the evolution of the promoter region deviated from neutral expectations, with the sequence evolution driven by positive selection in the East Asian population, especially the haplotypes carrying the derived alleles of 5′ UTR SNPs rs143384 and rs143383. The derived alleles of rs143384 and rs143383, which are associated with a risk of osteoarthritis and decreased height, have high frequencies in non-Africans and show strong extended haplotype homozygosity and high population differentiation in East Asian. It is concluded that positive selection has driven the rapid evolution of the two osteoarthritis osteoarthritis-risk and decreased height associated variants of the human GDF5 gene, and supports the suggestion that the reduction in body size during the terminal Pleistocene and Holocene period might have been an adaptive process influenced by genetic factors.