生殖系细胞的突变不同于体细胞的突变，生殖系突变能够传递给下一代，进而有可能影响到整个群体的适应性。生殖系突变率是群体遗传和进化学中一个非常重要的参数，很多遗传进化模型都涉及到生殖系突变率。下文简称“突变率”，其单位为“每位点每世代”。

各个物种的突变率大小差异也很大，比如一些单细胞生物的突变率有，而有些多细胞生物的突变率可以达。那么，是什么原因导致不同物种有不同的突变率大小呢？

从分子水平上来说，各个物种的DNA甲基化水平不同，微卫星的稳定性存在差异，或者它们所生活的环境中的致突变因子不同。此外，物种自身的一些特性，比如世代间隔的长短，代谢率水平的高低都有可能影响到突变率的大小。

drift barrier hypothesis: 突变率本身也是物种的一个性状，和其他性状一样，也受到自然选择的作用。在有效群体数量大的群体中，自然选择的作用比较强，会倾向于降低突变率，比如果蝇；反之，在有效群体数量小的群体中，遗传漂变的作用比较强，突变率受到选择压力较小，二者作用的平衡点不会使得突变率很低，如人类中。

世代突变率

本研究在世界各地的动物园，农场，博物馆等搜集了68个脊椎动物的物种（151个三元家系trios），包括了36个哺乳动物、18个鸟类、8个鱼类和6个爬行类。

突变率在这些物种中的差异大小可以达到40余倍。平均而言：

爬行类：    ；

鸟类：        ；

哺乳动物：；

鱼类：       

【a：各个物种的进化关系和估计的突变率大小；b：双亲繁育年龄和突变率的关系；c：各物种中父系来源的突变和母系来源突变的比值】

世代间隔时间越长，突变率越高。可能的原因有两个，其一，世代时间越长，生殖系细胞产生过程中经历的细胞分裂次数越多，进而突变越多；第二，时间越长，DNA损伤和修复的事件越多，这与细胞分裂次数无关，与绝对时间calendar time有关。

在鸟类和哺乳动物中，父亲生育时的年龄对子代突变影响很大。即父亲生育时年龄越大，子代突变越多，即male-driven evolution hypothesis。

在哺乳动物中，来自父亲的突变和来自母亲的突变数量之比。其中在灵长类中，；而啮齿类只有2.1。可能是因为啮齿类的时代间隔比较短，雌雄两性生殖细胞分裂的次数差异不如灵长类那么明显。

在鸟类中，来自父亲和母亲的突变数量差异更为明显，，有些鸟类甚至可达7.6。这种差异可能是由于鸟类雄性之间竞争择偶的原因，雄性快速大量的生殖细胞分裂，有利于个体传递后代，进而导致了鸟类大量的突变来自雄性。

与鸟类相反的是爬行类和鱼类，比较小，分别为1.5和0.8。很多爬行类和鱼类的雄性并不像鸟类或者哺乳类那样持续性产生精子，而只是在固定的交配季节产生，这就导致了卵子和精子的形成过程中没有太大的细胞分裂数量的差异。而且，有些的鱼类的卵子的形成也会经历大量的细胞分裂。

此外，在研究的所有物种的突变类型中，转换和颠换之比约为2.3。

年突变率

上文所述均为世代突变率。本文还计算了各个物种的年突变率。简单来说，年突变率等于世代突变率除以世代时间；但是这种简单的计算方法存在一定的问题，容易高估年突变率。所以本文计算的年突变率是通过模型进行了校正。实际上，总体而言二者差异不大，对结果的没有显著的影响。

不过，年突变率在各个物种之间的差异却很大，大小可相差120余倍。比如，一些鸟类中，年突变率只有每位点每年；而在一些壁虎中，年突变率可达每位点每年。

本文进一步比较了年突变率和进化率（碱基替换率）的关系。根据中性理论，二者应该是近乎相等的。使用超保守元件ultraconserved elements和全基因组，作者均发现了年突变率和碱基替换率的正相关关系。

【年突变率和碱基替换率的关系；a：使用超保守元件估计的替换率；b：使用全基因组数据估计的替换率】

影响突变率的因素

本文探讨了一些可能影响突变率的因素，比如交配模式（一夫一妻还是一夫多妻）、性成熟时间、体重大小、寿命长短、生育力和世代间隔时间。结果发现，世代间隔时间、性成熟时间和子代数量和突变率大小有统计学相关性。世代时间越长，突变率越高；性成熟时间越晚，突变率越高；子代数量越少，突变率越高。

【突变率和其他因素的关系。a：突变率和世代间隔时间；b：突变率和性成熟年龄；c：突变率和子代数量；d：突变率和有效群体数量】

本文还研究了有效群体数量大小和突变率的关系。当然，这儿的有效群体数量不能用突变率来估计，否则就成死循环了。作者使用了碱基替换率来估计有效群体数量，发现有效群体数量和突变率成负相关性，即有效群体数量越大，突变率越低；反之突变率越高。这也再次印证了drift-barrier hypothesis.

人工驯化动物的年突变率

人工驯化一般会导致极强的选择压力和多次出现的群体遗传瓶颈。本研究发现，相对于野生物种，人工驯化的动物有更高的年突变率。但经过模型校正后，二者的年突变率差异不大。这说明人工驯化的动物（相对于野生群体）繁育年龄较低。

总结

利用全基因组的家系测序，本文估计了68个脊椎动物物种的生殖系突变率，涵盖了哺乳动物、鸟类、爬行类和鱼类。它们之间的世代突变率差异可达40余倍。在哺乳动物和鸟类中，雄性来源的突变明显对于雌性。世代间隔时间、性成熟年龄和繁育能力可能是影响突变率大小的因素。本文还使用碱基替换率计算了各个物种的有效群体数量，进而验证了drift-barrier hypothesis。

资料来源：Bergeron, L. A., Besenbacher, S., Zheng, J., Li, P., Bertelsen, M. F., Quintard, B., ... & Zhang, G. (2023). Evolution of the germline mutation rate across vertebrates. Nature, 615(7951), 285-291.