NatureGenetics中华鳖与绿海龟基因组

NatureGenetics中华鳖与绿海龟基因组

2013年4月29日中华鳖、绿海龟基因组研究成果在Nature Genetics杂志上在线发表。本研究从基因组水平揭示了龟鳖躯体发育进化历程为日后深入研究基因组DNA作为指导胚胎发生的“蓝图”提了新线索。

龟鳖类有着漫长且成功的演化历史是形态学上最为特化的爬行动物之一。全球共有龟鳖类动物13科89属270余种被分为两个特征明确的支系——侧颈龟亚目和曲颈龟亚目。目前关于龟鳖类的进化和系统发育关系多以形态学标志为基础然而至今龟鳖系统进化上仍存在很大分歧。此外龟鳖独特的解剖学特征尤其是特化的背甲使其躯体发育进化成为难解的谜团。中华鳖和绿海龟分别是曲颈龟中鳖类和海龟类的典型代表对其进行基因组学研究将有助于理清龟鳖类系统发育及其躯体进化机制。

在这项研究中研究人员对中华鳖和绿海龟进行全基因组测序、组装注释并通过系统发育分析研究人员发现龟鳖类很可能是鳄类和鸟类共同祖先的姐妹群并根据分子钟及化石证据推测龟鳖大概是在2.679亿年前到2.483亿年前从初龙类中分化出来。而这个时期正是从晚二叠纪向三叠纪过渡阶段也就是说龟鳖分化时间可能紧随二叠纪末的大灭绝事件或与之重合由此便形成一种推测龟鳖类的出现是否和当时海洋动物的灭绝有关。

在系统发育分析的基础上该研究还对龟鳖类特异性基因进行了初步分析。研究人员发现在中华鳖和绿海龟基因组中均呈现出嗅觉受体（OR）家族的高度扩张。过去对哺乳动物的研究表明脊椎动物会通过丢失一些OR基因而适应水环境从而拓展自己的生态位。而此次发现龟鳖OR基因扩张可能与此具有一定相关性。此外研究人员还发现龟鳖许多与味觉感知相关的基因都发生了丢失调控饥饿刺激和能量调节激素的胃促生长素也发生了丢失这可能与龟鳖低代谢的生活方式相关。

随后研究人员还基于ENSEMBL注释基因集对中华鳖胚胎发生基因调控的变化进行了研究。现有研究发现在一些模式动物胚胎发生中会呈现出沙漏模型即各种分类群在胚胎早期阶段开始出现不同然后到胚胎发生中期趋向于类似的形状最后到后期再次呈现出差异。但这种沙漏模型迄今为止还没有在非模式动物中观察到。在本研究中科研人员借助于RNA-seq技术并通过建立数学模型对中华鳖-鸡的整个胚胎发育的基因表达谱进行比较分析发现鳖-鸡胚胎发生也存在沙漏模型其保守性最强的时期大约在脊椎动物种系特征发育阶段而非更晚一些的羊膜动物普遍模式发育时期。

在龟鳖胚胎经历保守的脊椎动物种系特征发生时期后开始形成

龟鳖特异的形态学特征包括其全新的结构特征背甲脊背甲脊在龟鳖后期发育中形成肋骨继而再通过复杂的分化、叠等形成其特殊的背甲结构。而研究发现Wnt5a在中华鳖背甲生长带表达这支持了在形成中华鳖特异性新特征的过程中肢体相关的Wnt信号可能发生了共选择这为中华鳖背甲的形成研究提了线索。总的来说也就是中华鳖先形成古老的脊椎动物躯体模式然后再形成了中华鳖特异的的新特征。