Nature子刊發(fā)布重大測序成果：長頸鹿的脖子為何這么長

日期：2016-05-19 08:56:18

當你真正站在長頸鹿面前的時候，很可能會發(fā)出一聲驚嘆。這些身高接近六米的龐然大物是世界上最高的陸生動物，它們擁有異乎尋常的長脖子和大長腿，并且能夠高速奔跑。長頸鹿還具備超乎想象的心血管功能，它們的心臟就像一個強悍的泵，能將血液送入比心臟高兩米的大腦。

那么，長頸鹿是如何進化成這個樣子的呢？這是一個充滿吸引力的生物學謎題，拉馬克和達爾文都曾嘗試用自己的理論進行解釋。現(xiàn)在，科學家們首次完成了長頸鹿及其近親（okapi）的基因組測序，揭示了推動長頸鹿進化的遺傳學改變。這項研究發(fā)表在五月十七日的Nature Communications雜志上。

研究人員將長頸鹿和okapi的基因編碼序列與四十多種哺乳動物（包括奶牛、綿羊、山羊、駱駝和人類）進行了比較。“okapi的基因序列與長頸鹿非常相似，” 賓州大學的Douglas Cavener說。“雖然它們親緣關(guān)系很近，但okapi看起來更像斑馬，既沒有長頸鹿的高度，心血管功能也沒那么強。因此Okapi基因組序列可以幫助我們鑒定長頸鹿獨特的遺傳學改變。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，長頸鹿基因組中有70個基因表現(xiàn)出了進化適應的跡象。其中超過一半的基因涉及了骨骼、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和生理調(diào)控。研究人員指出，長頸鹿脖子和腿部的骨骼數(shù)量與其它哺乳動物相同，只不過這些骨骼大大延長了。這至少需要兩種基因，一種基因定義骨骼的延伸區(qū)域，另一種基因刺激骨骼生長。他們在研究中的確也鑒定到了這樣的基因。

“這些基因中最吸引我們的是FGFRL1，長頸鹿的FGFRL1發(fā)生了獨特的氨基酸置換，這件事發(fā)生在該蛋白結(jié)合成纖維細胞生長因子的地方。而成纖維細胞生長因子參與了胚胎發(fā)育等許多生物學過程的調(diào)控，”Cavener指出。在人類和小鼠中，這種基因發(fā)生突變與一些骨骼和心血管缺陷有關(guān)。研究人員還鑒定了指定脊椎和腿部生長的四個homeobox基因。他們認為，這些基因與FGFRL1基因結(jié)合起來，塑造了長頸鹿的長脖子和大長腿。

研究人員正在用CRISPR技術(shù)將長頸鹿FGFRL1引入小鼠，由此測試長頸鹿FGFRL1的潛在影響。雖然不一定能獲得長脖子小鼠，但他們希望能夠看到長頸鹿FGFRL1對脊椎和腿部生長的影響。

大千世界無奇不有，這都是進化的功勞。大航海時代，科學家們揚帆遠航去探索大自然的神奇造化。如今，科學家們正在測序技術(shù)的幫助下進一步揭示生命的奧秘。去年九月，沖繩科學技術(shù)研究院大學(OIST)、名古屋大學和東京大學的科學家們首次破解了“活化石”海豆芽（Lingula anatina）的基因組。他們分析了海豆芽基因組的三萬四千多個基因，發(fā)現(xiàn)海豆芽的基因組一直在積極的進化，并不能稱為活化石。

生活在北冰洋的弓頭鯨（Balaena mysticetus）差不多能活兩百多年，而且很少受到老年病的困擾。利物浦大學的科學家們最近測序了弓頭鯨的基因組，這一成果作為封面文章發(fā)表在Cell Reports雜志上。研究人員將弓頭鯨基因組與其他壽命較短的哺乳動物進行比較，鑒定了一些弓頭鯨特有的遺傳學變異，為促進人類的健康長壽提供了新的線索。

野生動物到底是怎樣被人類馴化的呢？這背后有著怎樣的遺傳學改變？長期以來這些問題一直讓人們感到迷惑不解。科學家們發(fā)現(xiàn)，控制大腦和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基因?qū)τ谕米拥鸟Z化特別重要。動植物的馴化是農(nóng)業(yè)發(fā)展的先決條件，也是人類歷史上最重要的技術(shù)革命之一，而兔子是研究馴化遺傳學的理想模型。