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连发3篇Science,并登上封面!金沙官网集团联合西工大等机构发表反刍动物基因组论文

发布日期:2019/06/21 浏览次数:

北京时间2019年6月21日,Science杂志以封面文章形式报道了3篇系列研究论文,系统报道了由金沙官网生物多样性基因组学研究团队与西北工业大学生态与环境保护研究中心、昆明动物研究所及哥本哈根大学领衔主导的反刍动物基因组计划的最新研究成果。

        反刍动物是众多哺乳动物中最具多样性的类群,物种间体型差异极大,从最小的2kg到1.5吨之巨。其独有的瘤胃和骨质角是动物进化史上器官性状创新的一个奇迹,自亚里斯多德的《动物志》,到拉马克的用进废退进化学说到达尔文的自然选择理论,反刍动物都被高度关注。同时还有多种反刍动物是重要的家养物种,具有重要经济价值。


本期封面图(图片来自Science杂志封面)

        该项目挑选了44个反刍动物代表物种开展了基因组比较分析,这些物种覆盖了反刍亚目的全部6个科和一半以上属。在该项目旗舰文章中,研究人员通过全基因组数据构建的全新反刍动物系统发育树,解决了关于该类群生命之树的长久争议。

        尽管反刍动物在演化过程中是非常成功的物种类群,然而研究发现在最近10万年内反刍动物种群数量急剧下降。通过比较基因组学分析揭示了反刍动物特异的多胃室、体型大小、奔跑能力、独特牙齿形态、免疫和代谢等性状相关的基因演化过程。


反刍动物系统发生树及关键性状演化历程图

        在第二篇由西北农林科技大学和西北工业大学主导的关于角的论文研究发现,反刍动物多种多样的角具有共同的基因、细胞和组织起源,其中一个控制角发育的关键基因在麝科和獐亚科趋同丢失功能。

        研究还发现鹿角的快速再生生长过程中招募了大量癌基因参与,其中多个抑癌基因特别是p53途径基因受到了强烈正选择,可能与鹿科动物癌症发生率很低有关。

        第三篇由中国农科院特产研究所和西北工业大学主导的文章针对驯鹿开展了功能基因组学研究发现,驯鹿关键昼夜节律基因发生了重要突变,已经不能触发昼夜节律,这也许为其适应北极地区的极昼和极夜环境提供了可能。

        此外维生素D代谢基因在驯鹿演化过程中受到强烈正选择,其两个关键代谢酶活性远高于其他动物,可能因此保障了其高效率的钙代谢包括鹿角的生长。此外驯鹿的一个鹿角生长基因上游增加了更多一个雄激素受体结合位点,可能是驯鹿作为唯一雌性能长角的物种的原因。最后驯鹿的脂肪代谢基因经历了与北极熊和企鹅类似的进化,可能与对抗寒冷天气有关。

        反刍动物基因组联盟包含了国际上20多个单位,这一项目的系列研究成果是近几年我国研究人员在生物多样性基因组学研究领域做出的又一突出贡献。这些成果对于我们理解反刍动物的演化历史,再生医学、肿瘤生物学、睡眠紊乱和骨质疏松症等医学研究,以及培育新品种家畜都有重要意义。

        目前国际上已有多个大规模谱系组学项目正在组织,针对不同物种类群开展其生物多样性基因组学研究。其中影响比较大的有万种鸟类基因组计划(B10K)、 地球生物基因组计划(EBP)、脊椎动物基因组计划(VGP)等。

        这些计划依托于各国自然历史博物馆上百年丰富的物种标本馆藏,极大的缩短了样品收集时间,并确保比较完整的物种类群覆盖。例如哥本哈根大学自然历史博物馆拥有全球半数以上的鸟类物种和最全的反刍类哺乳动物标本。