Nature文章:惊人的基因组相似性

2013-9-06 11:32 来源: 生物通
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  蝙蝠海豚独立地进化出各自的回声定位系统。尽管它们的声呐感官系统起源及机制不同,但似乎有一些相似的基因参与其中。现在发表于9月4日《自然》(Nature)杂志上的一项新研究证实蝙蝠和海豚基因组有一些相似的序列改变,表明这样的遗传趋同(genetic convergence)其范围远比原以为的要更为普遍。

  “这是一个极好的例子,表明采用一种基因组方法如何能够帮助你了解许多的信息……生物体的一般适应机制,个体的环境以及它们对于环境的适应可以影响多大比例的基因。我真的对这种趋同的程度感到惊讶,”伦敦大学学院进化和比较生物学教授Judith Mank(未参与该研究)说。

  蝙蝠和齿鲸在大约8千万年前就彼此分歧。自那时以来,两种动物都进化了回声定位系统,这一系统能够发射及接收声波,使得动物能够定位物体和猎物。

  新研究的共同作者、伦敦大学玛丽王后学院研究人员Joe Parker说:“即便是蝙蝠家族回声定位系统进化了也不止一次。一些物种发射一种固定频率的声音,而另一些则可以调节声音频率。这两种机制的基础生理学和神经生物学复杂性完全不同。”

  趋异进化的蝙蝠物种之间、以及蝙蝠与海豚之间的这种趋同进化,是以听力相关基因中相关联的DNA序列改变为基础。在近几年里有一些相似的研究报道发表,描述了与趋同性状相关的个别基因趋同的序列改变。

  Parker 说:“我将它比作天文学。如果你只将你的望远镜对准一小部分的调控,你不会知道你能看到这种现象是因为它是普遍的,还是因为你幸运。”

  因此,他和他的同事们尽可能的观测了回声定位蝙蝠和海豚基因组的多个位点,看看其他的基因是否可能显示序列趋同,如果是这样的话,又有多少。鉴别这样的趋异进化物种真正同源的基因并不是小事。研究小组因此利用一种超级保守的方法比较了那些每个基因组中只有一个拷贝的基因。因此最终,研究小组对大约2 万个基因(一个哺乳动物基因组的大概基因数)中的仅2,326个基因做出了比较。

  在回声定位蝙蝠和海豚这两种无亲缘关系的物种之间,有近200个这样的基因显示趋同进化迹象。Parker说,并不令人感到奇怪的是,名单中包括有与听力相关的基因。还有一些基因与神经发育、视觉、脂肪代谢和消化相关。

  都柏林大学进化和遗传学教授Emma Teeling 说(未参与该研究):“我感觉惊奇的而是,他们发现了一大堆通常在感官知觉中不起作用的基因……显示了一些回声定位蝙蝠和回声定位鲸鱼之间趋同的证据。对于那些对回声定位生理学感兴趣的研究人员,它们有可能是一些值得探讨来了解声觉的目标基因。”

  事实上,“大多数的蛋白质都不能独自发挥作用,它们都是一个网络的组成部分,”Parker说。如果少数听力基因的结构和功能受到它们在回声定位中作用的严格限制,与它们互作的蛋白质的结构也可能受到影响。实质上,有可能存在一连串的自然选择。

  Parker 说:“当自然选择正在起作用时,它不一定总是利用一个无限大的绘图调色板。有时候,它可能两次提出相同的方案,不仅是在物理水平上,也达到了分子水平——假设有可能存在这种的DNA组合,坦白讲这真是非常惊人的。”