中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊  （記者 王振紅）6月19日，中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂團隊基于大規(guī)模多組學(xué)技術(shù)與基因編輯等研究手段，全面揭示了蛇類起源及特有表型演化的遺傳機制。相關(guān)論文以“Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development”為題，發(fā)表于國際期刊《Cell》。中國科學(xué)院成都生物研究所博士生彭長軍、昆明動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立通訊作者。

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

蛇類特有性狀的演化遺傳機制

本研究選取了全球極具代表性的不同支系的蛇類，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)闡釋了蛇類的起源與特殊表型演化的遺傳機制。

蛇類系統(tǒng)發(fā)育框架

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

蛇類四肢缺失、身體延長、內(nèi)臟器官不對稱發(fā)育等重要遺傳機制

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

此外，研究還探討了紅外感應(yīng)蛇類和穴居的盲蛇類物種特殊表型的演化遺傳機制。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感知紅外光譜的重要遺傳驅(qū)動力。而盲蛇類物種則通過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，并形成專食螞蟻及螞蟻卵的食性。

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

李家堂團隊未來將聚焦開發(fā)玉米蛇為模式動物并開展演化發(fā)育生物學(xué)研究。同時，圍繞蛇毒等重要遺傳資源的挖掘和運用，為抗蛇毒血清及蛇毒衍生藥物的研發(fā)提供科學(xué)支撐。研究團隊將推動從基礎(chǔ)科學(xué)到應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，更好地服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求。

本研究得到中國科學(xué)院B類先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。