Nature文章：驚人的基因組相似性
日期：2013-09-09 09:34:47
蝙蝠和海豚獨(dú)立地進(jìn)化出各自的回聲定位系統(tǒng)。盡管它們的聲吶感官系統(tǒng)起源及機(jī)制不同，但似乎有一些相似的基因參與其中。現(xiàn)在發(fā)表于9月4日《自然》（Nature）雜志上的一項(xiàng)新研究證實(shí)蝙蝠和海豚基因組有一些相似的序列改變，表明這樣的遺傳趨同（genetic convergence）其范圍遠(yuǎn)比原以為的要更為普遍。
“這是一個(gè)極好的例子，表明采用一種基因組方法如何能夠幫助你了解許多的信息……生物體的一般適應(yīng)機(jī)制，個(gè)體的環(huán)境以及它們對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)可以影響多大比例的基因。我真的對(duì)這種趨同的程度感到驚訝，”倫敦大學(xué)學(xué)院進(jìn)化和比較生物學(xué)教授Judith Mank（未參與該研究）說(shuō)。
蝙蝠和齒鯨在大約8千萬(wàn)年前就彼此分歧。自那時(shí)以來(lái)，兩種動(dòng)物都進(jìn)化了回聲定位系統(tǒng)，這一系統(tǒng)能夠發(fā)射及接收聲波，使得動(dòng)物能夠定位物體和獵物。
新研究的共同作者、倫敦大學(xué)瑪麗王后學(xué)院研究人員Joe Parker說(shuō)：“即便是蝙蝠家族回聲定位系統(tǒng)進(jìn)化了也不止一次。一些物種發(fā)射一種固定頻率的聲音，而另一些則可以調(diào)節(jié)聲音頻率。這兩種機(jī)制的基礎(chǔ)生理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)復(fù)雜性完全不同。”
趨異進(jìn)化的蝙蝠物種之間、以及蝙蝠與海豚之間的這種趨同進(jìn)化，是以聽(tīng)力相關(guān)基因中相關(guān)聯(lián)的DNA序列改變?yōu)榛A(chǔ)。在近幾年里有一些相似的研究報(bào)道發(fā)表，描述了與趨同性狀相關(guān)的個(gè)別基因趨同的序列改變。
Parker 說(shuō)：“我將它比作天文學(xué)。如果你只將你的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)一小部分的調(diào)控，你不會(huì)知道你能看到這種現(xiàn)象是因?yàn)樗瞧毡榈模€是因?yàn)槟阈疫\(yùn)。”
因此，他和他的同事們盡可能的觀測(cè)了回聲定位蝙蝠和海豚基因組的多個(gè)位點(diǎn)，看看其他的基因是否可能顯示序列趨同，如果是這樣的話，又有多少。鑒別這樣的趨異進(jìn)化物種真正同源的基因并不是小事。研究小組因此利用一種超級(jí)保守的方法比較了那些每個(gè)基因組中只有一個(gè)拷貝的基因。因此最終，研究小組對(duì)大約2萬(wàn)個(gè)基因（一個(gè)哺乳動(dòng)物基因組的大概基因數(shù)）中的僅2,326個(gè)基因做出了比較。
在回聲定位蝙蝠和海豚這兩種無(wú)親緣關(guān)系的物種之間，有近200個(gè)這樣的基因顯示趨同進(jìn)化跡象。Parker說(shuō)，并不令人感到奇怪的是，名單中包括有與聽(tīng)力相關(guān)的基因。還有一些基因與神經(jīng)發(fā)育、視覺(jué)、脂肪代謝和消化相關(guān)。
都柏林大學(xué)進(jìn)化和遺傳學(xué)教授Emma Teeling 說(shuō)（未參與該研究）：“我感覺(jué)驚奇的而是，他們發(fā)現(xiàn)了一大堆通常在感官知覺(jué)中不起作用的基因……顯示了一些回聲定位蝙蝠和回聲定位鯨魚(yú)之間趨同的證據(jù)。對(duì)于那些對(duì)回聲定位生理學(xué)感興趣的研究人員，它們有可能是一些值得探討來(lái)了解聲覺(jué)的目標(biāo)基因。”
事實(shí)上，“大多數(shù)的蛋白質(zhì)都不能獨(dú)自發(fā)揮作用，它們都是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組成部分，”Parker說(shuō)。如果少數(shù)聽(tīng)力基因的結(jié)構(gòu)和功能受到它們?cè)诨芈暥ㄎ恢凶饔玫膰?yán)格限制，與它們互作的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也可能受到影響。實(shí)質(zhì)上，有可能存在一連串的自然選擇。
Parker 說(shuō)：“當(dāng)自然選擇正在起作用時(shí)，它不一定總是利用一個(gè)無(wú)限大的繪圖調(diào)色板。有時(shí)候，它可能兩次提出相同的方案，不僅是在物理水平上，也達(dá)到了分子水平——假設(shè)有可能存在這種的DNA組合，坦白講這真是非常驚人的。”
