人类大脑起源于漫长的生命进化过程，其显着的改动是大脑的认知功用，这反映在脑容量的显着扩大和脑结构的高度精细化。而科学界长期以来妄图处理个问题：在人类进化过程中，哪些遗传改动造就了人类大脑？

当地时间1月27日，世界学术期刊《细胞》（Cell）在线宣告了项我团队完结的研讨，题为“3D Genome of macaque fetal brain reveals evolutionary innovations during primate corticogenesis”。该研讨初度获得了非人灵长类动物的高精度三维基因组学图谱资源；运用大脑三维基因组的跨物种多组学剖析，发现了人类特异的染色质结构和脑发育调控元件，为阐明人类大脑发育的进化机制供给了新思路和依据。

该论文的起作者为中科院昆明动物研讨所副研讨员罗鑫、北京大学士研讨生刘玉婷和中科院数学与系统科学研讨院士研讨生党大昌，中科院昆明动物所研讨员宿兵、北京大学生命科学学院研讨员李程和中科院数学与系统科学研讨院研讨员张世华为起通讯作者。

人类起的脑发育方法源于在进化过程中基因组不断堆集的功用突变，但物种间存在数以百万计的序列差异，其间只要少数的要害差异才具有重要的功用应。如何将基因组中的要害序列差异与脑发育的调控改动树立因果联系并解析其间的分子调控机制？这是项颇具挑战的课题。

在此项研讨中，研讨团队以和人类具有较近亲缘关系的猕猴为模型，运用Hi-C（全基因组染色质空间构象捕获）技能，构建了我猕猴胎脑神经发育高峰期的高分辩3D基因组图谱。这是现在包括人类在内的灵长类大脑分辩率高的3D基因组图谱，抵达1.5kb的分辩率，可以高精度地解析脑发育中基因组的空间组织方法。此外，还解析了猕猴胎脑的转录组图谱、染色质开放区图谱以及染色质锚定蛋白CTCF的分布图谱。

中科院昆明动物所等提醒人类大脑进化的基因组调控机制。归纳上述获得的多组学图谱数据，研讨团队初度构建出猕猴胎脑发育的染色质精细空间构象，判定了包括染色质区室、染色质拓扑结构域（TAD）和染色质环（Loop）等不同标准的染色质构象，以及基因组在大脑发育中发挥重要作用的调控元件（如增强子、启动子等）。

随后，通过与已宣告的公共数据进行整合，研讨团队进行了跨物种（人类、猕猴和小鼠）3D基因组的比较，发现了较多数量的人类特异染色质结构，包括499个人类特异TADs和1266个人类特异Loops。

他们以为，这些人类特异Loops显着富集增强子-增强子互作的调控方法，提示大脑发育在人类先人中进化出更精细的转录调控网络。

研讨团队整合剖析人脑发育的单细胞表达谱数据，发现这些人类特异Loops调控的基因在胎脑的SP（subplate）层显着表达，由此推测出人类特异Loops对SP层的人类特异发育方法或许发挥重要作用。

胎脑SP层是脑发育早期神经环路及神经可塑构成的重要脑层，在人类进化过程中，SP层出现了显着的扩张，其厚度可抵达皮层厚度的4倍左右，但由于在胎儿出世今后，该脑层逐步消失，学界对其构成机制和功用了解较少。

该项研讨则初度为SP层在人类特异脑结构的发育和构成中的重要作用供给了依据。

此外，研讨团队还发现，基因组中较多人类特异突变（包括点突变和结构变异等）坐落TAD距离区和Loop锚定区，或许导致在人类大脑发育中产生新的转录因子结合位点，并构成人类特异的染色质高档结构。

例如，SP层特异表达的EPHA7基因是大脑发育中神经细胞分化的要害基因之，该基因的上游存在多个人类特异序列突变，或许导致人类特异增强子的出现和人类特异Loop的构成。通过增强子敲除试验，研讨团队还证明了EPHA7的人类特异调控网络，搅扰其功用会影响神经细胞分化的进程。

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