科技日報記者 陸成寬
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？19日，《細胞》在線發表了一項關于蛇類的起源與演化機制的研究成果。基于多組學大數據與多學科交叉技術，我國科研人員揭示蛇類起源于約1.18億年前的早白堊紀，其祖先可能是某種蜥蜴；同時，他們還闡明了蛇類四肢缺失、身體延長、肺不對稱發育等特殊表型的遺傳機制。
蛇類是脊椎動物的重要類群，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。在進化歷史上，蛇類處于脊椎動物演化的關鍵節點，它演化出了四肢缺失、身體延長、左右肺不對稱發育等特殊表型。“從科學上揭示這些特殊表型的遺傳機制，對理解脊椎動物演化歷史具有重要意義。”論文通訊作者、中國科學院成都生物所研究員李家堂強調。
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此次，研究人員選取了全球極具代表性的不同支系的蛇類，結合多組學及基因編輯等多學科交叉研究手段，系統闡釋了蛇類的起源與特殊表型演化的遺傳機制。
蛇類特有性狀的演化遺傳機制。
基于染色體水平蛇類基因組數據集，研究人員構建了迄今最有力的蛇類系統發育基因組學框架，推斷出蛇類起源于約1.18億年前早白堊紀，支持了蛇類是由蜥蜴演化而來的假說。
同時，基于比較基因組學與基因編輯等研究，研究人員發現，蛇類PTCH1蛋白特異性缺失的三個氨基酸殘基，可能是其四肢缺失的重要遺傳機制之一；大量編碼及非編碼調控元件的快速演化驅動了蛇類身體的延長。
“為適應身體延長，蛇類的內臟器官發生了不對稱發育，如其左肺大多趨近于退化，而右肺則較為發達。”李家堂說，蛇類丟失了控制器官對稱發育的DNAH11和FXJ1B基因，是其左、右肺不對稱發育的重要遺傳因素。
此外，研究人員還探討了紅外感應蛇類和穴居的盲蛇類物種特殊表型的演化遺傳機制。研究發現，與熱響應相關的PMP22基因和與三叉神經發育相關的NFIB基因的非編碼調控元件的趨同演化，是部分蛇類感知紅外光譜的重要遺傳驅動力。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，這項研究率先啟動了爬行動物大規模組學研究，對理解脊椎動物演化歷史具有重要意義，將為人類相關疾病的防治提供重要科學支撐，并推動動物演化生物學等相關學科的發展。
“未來，我們將聚焦開發玉米蛇為模式動物并開展演化發育生物學研究。同時，圍繞蛇毒等重要遺傳資源的挖掘和運用，為抗蛇毒血清及蛇毒衍生藥物的研發提供科學支撐。”李家堂說道。
（中科院成都生物所供圖）
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