6月27日,中国科学院动物研究所雷富民课题组在期刊《Molecular Biology and Evolution》上发表了题为“Comparative genomics reveals evolution of a beak morphology locus in a high-altitude songbird”的研究论文,该研究对14个山雀科鸟类物种进行了全基因组重测序,并进行比较基因组分析,揭示了一个潜在的主效基因(COL27A1),该基因很可能调控地山雀喙发育为长而弯曲形状,使其适应青藏高原地面觅食和掘洞筑巢生活习性。
鸟类的喙型是一种典型的多基因性状,其形态的多样化是其功能(觅食、梳理、筑巢、挖洞等行为)和生存环境多样化共同导致的结果。地山雀(Pseudopodoces humilis)在青藏高原生活了约570万年,是所有山雀中海拔分布最高的。这一物种进化出一种长而弯曲的喙,方便在高原地带进行地面觅食和挖洞筑巢,但目前地山雀喙延长的遗传基础仍不清楚。
本研究通过对14个山雀科物种进行全基因组重测序以及比较基因组分析,确定了25个与喙长显著相关且高度分化的基因组区域,富集分析发现了7个参与骨骼形成和重塑的候选基因。但中性检验表明,只有COL27A1基因在地山雀中受到了强烈的选择性清除(Selection Sweep)作用,且核苷酸多样性较低,能最好地解释鸟喙长度的变化。
喙长相关候选基因的筛选(图片引自原文)研究人员在COL27A1基因编码区找到120个SNPs,这些SNP在地山雀基因组中具有高度的纯合性,基于这些SNP构建的系统发育树发现地山雀和其它13种山雀在基因组上存在深度分化,其中11个固定位点中有6个是非同义替代位点。通过对这6个非同义替代位点进行选择分析和蛋白功能预测,发现其中2个位点很可能调控地山雀喙的伸长。
COL27A1基因型和适应性SNP影响喙型(图片引自原文)该研究虽然尚未进行进一步的基因功能验证,但比较基因组分析已明确显示鸟类喙型这一重要性状的遗传变异机制及其在高海拔适应中的驯化,同时也表明了比较基因组学是研究生态适应和进化发育的一种重要手段。
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