中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 （記者 王振紅）6月19日，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂團(tuán)隊(duì)基于大規(guī)模多組學(xué)技術(shù)與基因編輯等研究手段，全面揭示了蛇類(lèi)起源及特有表型演化的遺傳機(jī)制。相關(guān)論文以“Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development”為題，發(fā)表于國(guó)際期刊《Cell》。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所博士生彭長(zhǎng)軍、昆明動(dòng)物研究所吳東東研究員和成都生物研究所助理研究員任金龍為該論文共同第一作者，成都生物研究所李家堂研究員為該論文的獨(dú)立通訊作者。

全球蛇類(lèi)約4000種，廣泛分布于除南極洲外的各大洲陸地和海洋，在進(jìn)化歷史上處于脊椎動(dòng)物演化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是脊椎動(dòng)物的重要類(lèi)群。蛇類(lèi)演化出了四肢缺失、身體延長(zhǎng)、左右肺不對(duì)稱(chēng)發(fā)育等特殊表型，揭示這些特殊表型的遺傳機(jī)制對(duì)理解脊椎動(dòng)物演化歷史具有重要意義。

【資料圖】

蛇類(lèi)特有性狀的演化遺傳機(jī)制

本研究選取了全球極具代表性的不同支系的蛇類(lèi)，結(jié)合多組學(xué)及基因編輯等多學(xué)科交叉研究手段，系統(tǒng)闡釋了蛇類(lèi)的起源與特殊表型演化的遺傳機(jī)制。

蛇類(lèi)系統(tǒng)發(fā)育框架

基于染色體水平蛇類(lèi)基因組數(shù)據(jù)集構(gòu)建了迄今最有力的蛇類(lèi)系統(tǒng)發(fā)育框架，推斷蛇類(lèi)起源于約1.18億年前早白堊紀(jì)，支持了蛇類(lèi)是由蜥蜴演化而來(lái)的假說(shuō)。

蛇類(lèi)四肢缺失、身體延長(zhǎng)、內(nèi)臟器官不對(duì)稱(chēng)發(fā)育等重要遺傳機(jī)制

基于譜系基因組與基因編輯等研究發(fā)現(xiàn)，蛇類(lèi)PTCH1蛋白特異性缺失的三個(gè)氨基酸殘基可能是其四肢缺失的重要遺傳機(jī)制之一。大量編碼及非編碼調(diào)控元件的快速演化驅(qū)動(dòng)了蛇類(lèi)身體的延長(zhǎng)。為適應(yīng)身體延長(zhǎng)，蛇類(lèi)的內(nèi)臟器官發(fā)生了不對(duì)稱(chēng)發(fā)育，如其左肺大多趨近于退化，而右肺則較為發(fā)達(dá)。蛇類(lèi)丟失了控制器官對(duì)稱(chēng)發(fā)育的DNAH11和FXJ1B基因，是其左、右肺不對(duì)稱(chēng)發(fā)育的重要遺傳因素。

此外，研究還探討了紅外感應(yīng)蛇類(lèi)和穴居的盲蛇類(lèi)物種特殊表型的演化遺傳機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)與熱響應(yīng)相關(guān)的PMP22基因和與三叉神經(jīng)發(fā)育相關(guān)的NFIB基因的非編碼調(diào)控元件的趨同演化是部分蛇類(lèi)感知紅外光譜的重要遺傳驅(qū)動(dòng)力。而盲蛇類(lèi)物種則通過(guò)RPGRIP1等基因的丟失及CHIA等基因的快速演化以適應(yīng)穴居生活，并形成專(zhuān)食螞蟻及螞蟻卵的食性。

本研究開(kāi)創(chuàng)了爬行動(dòng)物大規(guī)模組學(xué)研究的先河，對(duì)理解脊椎動(dòng)物演化歷史具有重要意義，將推動(dòng)動(dòng)物演化生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

李家堂團(tuán)隊(duì)未來(lái)將聚焦開(kāi)發(fā)玉米蛇為模式動(dòng)物并開(kāi)展演化發(fā)育生物學(xué)研究。同時(shí)，圍繞蛇毒等重要遺傳資源的挖掘和運(yùn)用，為抗蛇毒血清及蛇毒衍生藥物的研發(fā)提供科學(xué)支撐。研究團(tuán)隊(duì)將推動(dòng)從基礎(chǔ)科學(xué)到應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，更好地服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求。

本研究得到中國(guó)科學(xué)院B類(lèi)先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

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