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蛇類是怎樣演化來的?它為什么沒有四肢?身體為什么那么長(zhǎng)?19日，《細(xì)胞》在線發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于蛇類的起源與演化機(jī)制的研究成果。基于多組學(xué)大數(shù)據(jù)與多學(xué)科交叉技術(shù)，我國(guó)科研人員揭示蛇類起源于約1.18億年前的早白堊紀(jì)，其祖先可能是某種蜥蜴;同時(shí)，他們還闡明了蛇類四肢缺失、身體延長(zhǎng)、肺不對(duì)稱發(fā)育等特殊表型的遺傳機(jī)制。

蛇類是脊椎動(dòng)物的重要類群，全球共有約4000種，廣泛分布于除南極洲外的各大洲陸地和海洋。在進(jìn)化歷史上，蛇類處于脊椎動(dòng)物演化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，它演化出了四肢缺失、身體延長(zhǎng)、左右肺不對(duì)稱發(fā)育等特殊表型。“從科學(xué)上揭示這些特殊表型的遺傳機(jī)制，對(duì)理解脊椎動(dòng)物演化歷史具有重要意義。”論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院成都生物所研究員李家堂強(qiáng)調(diào)。

此次，研究人員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(jī)制。

蛇類特有性狀的演化遺傳機(jī)制。

基于染色體水平蛇類基因組數(shù)據(jù)集，研究人員構(gòu)建了迄今最有力的蛇類系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)框架，推斷出蛇類起源于約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。

同時(shí)，基于比較基因組學(xué)與基因編輯等研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，蛇類PTCH1蛋白特異性缺失的三個(gè)氨基酸殘基，可能是其四肢缺失的重要遺傳機(jī)制之一;大量編碼及非編碼調(diào)控元件的快速演化驅(qū)動(dòng)了蛇類身體的延長(zhǎng)。

“為適應(yīng)身體延長(zhǎng)，蛇類的內(nèi)臟器官發(fā)生了不對(duì)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)。”李家堂說，蛇類丟失了控制器官對(duì)稱發(fā)育的DNAH11和FXJ1B基因，是其左、右肺不對(duì)稱發(fā)育的重要遺傳因素。

此外，研究人員還探討了紅外感應(yīng)蛇類和穴居的盲蛇類物種特殊表型的演化遺傳機(jī)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(dòng)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。

李家堂表示，這項(xiàng)研究率先啟動(dòng)了爬行動(dòng)物大規(guī)模組學(xué)研究，對(duì)理解脊椎動(dòng)物演化歷史具有重要意義，將為人類相關(guān)疾病的防治提供重要科學(xué)支撐，并推動(dòng)動(dòng)物演化生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

“未來，我們將聚焦開發(fā)玉米蛇為模式動(dòng)物并開展演化發(fā)育生物學(xué)研究。同時(shí)，圍繞蛇毒等重要遺傳資源的挖掘和運(yùn)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。”李家堂說道。

(中科院成都生物所供圖)

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