在一項(xiàng)新的研究中，來自中國科學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)的研究人員對14種蛇進(jìn)行了染色體水平的組裝，為研究蛇類的進(jìn)化構(gòu)建了一種高分辨率的參考基因組。他們詳細(xì)介紹了利用他們的測序數(shù)據(jù)取得的一系列廣泛的發(fā)現(xiàn)。相關(guān)研究結(jié)果于2023年6月19日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development”。

(相關(guān)資料圖)

利用PacBio公司和牛津納米孔技術(shù)（Oxford Nanopore Technology）公司的測序儀的長讀能力，這些作者能夠?yàn)閬碜?2個(gè)不同科的14種蛇構(gòu)建一份完整的基因組草圖。他們隨后使用了華大基因（BGI）公司和Illumina平臺的測序儀，獲得了更短的更高質(zhì)量的讀取長度。他們隨后使用Hi-C讀取數(shù)據(jù)在染色體水平上對這些讀取片段進(jìn)行組裝。

這些作者隨后將他們收集的數(shù)據(jù)與之前測序的蛇、蜥蜴、烏龜、鱷魚、鳥和小鼠的基因組一起進(jìn)行了分析。從多種性狀相關(guān)基因的丟失、添加和保留中構(gòu)建了蛇的進(jìn)化圖譜。

根據(jù)分析估計(jì)的分歧時(shí)間表明，蛇起源于大約1.18億年前的白堊紀(jì)早期，在6500萬年前的大滅絕事件后經(jīng)歷了快速的多樣化。

無腿長身的標(biāo)志性性狀與所有新測序的蛇基因組中觀察到的蛇特異性基因缺失是一致的。蛇類較長的身體也影響了諸如肺部之類的內(nèi)部器官的形狀。左肺通常是沒有的，殘留的，或存在，但比右肺小。一個(gè)在左右對稱性產(chǎn)生中起重要作用的編碼動力蛋白（dynein）的基因在蛇中缺失，13個(gè)與肺部發(fā)育有關(guān)的基因有序列插入，這可能改變它們調(diào)節(jié)肺部發(fā)育的方式。

圖片來自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.030。

蛇類視覺系統(tǒng)的變化見于幾個(gè)丟失的感光細(xì)胞相關(guān)的編碼基因。15個(gè)感光細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)在蛇的眼睛里明顯上調(diào)。這些作者認(rèn)為，早期蛇類在回到光線充足的地表?xiàng)⒌刂埃?jīng)歷了一個(gè)漫長的低光穴居期。在這種情況下，蛇眼的結(jié)構(gòu)和功能會通過上調(diào)已保留下來的基因來重新適應(yīng)地表的光線。

蛇類的三個(gè)品系---蝮蛇（pit vipers）、蟒蛇（pythons）和王蛇（boas）---都擁有專門的對溫度敏感的紅外感應(yīng)器官和三叉神經(jīng)。他們的分析顯示，在對熱有細(xì)胞反應(yīng)的活性基因周圍，非編碼基因存在趨同的重新利用。

對調(diào)節(jié)聽覺的基因的觀察表明基因缺失與蛇類缺乏聽覺范圍和一些聲音感知有關(guān)。同時(shí)，額外的基因調(diào)節(jié)因子的進(jìn)化可能與內(nèi)耳特化和低頻聽力有關(guān)。聽力的這種轉(zhuǎn)變也常見于穴居動物，進(jìn)一步表明它們以前有地下的祖先。

除了對蛇類進(jìn)化和多樣化的新見解外，這些高質(zhì)量的數(shù)據(jù)收集已公開，無疑將成為未來爬行動物生物學(xué)研究的一個(gè)可靠的參考基因組來源。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Changjun Peng et al. Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.030.

2. Snake genome reveals burrowing past and re-adaptation to surface lifehttps://phys.org/news/2023-06-snake-genome-reveals-burrowing-re-adaptation.html

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