——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報
攝食策略的轉(zhuǎn)變深遠(yuǎn)影響著物種向新生態(tài)位的擴(kuò)散,推動了其生理和形態(tài)上的適應(yīng)演化。鈍頭蛇科蛇類專以蛞蝓和蝸牛為食,而這一取食策略伴隨著多重挑戰(zhàn),包括如何從殼中攝取蝸牛、如何有效分解獵物分泌的大量黏液,以及如何在低脂攝入下維持能量代謝。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn),鈍頭蛇類演化出一系列特殊表型,如短小的吻部、左右不對稱的下頜齒,以及具有特殊分泌功能的膨大下唇腺等,是研究動物食性特化背后遺傳機(jī)制的理想對象。
近日,中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂團(tuán)隊(duì)通過整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、宏基因組等多組學(xué)數(shù)據(jù),結(jié)合分子模擬與功能實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)解析了勐臘鈍頭蛇食性特化的分子機(jī)制。
研究發(fā)現(xiàn),勐臘鈍頭蛇基因組中與糖胺聚糖代謝和脂質(zhì)代謝相關(guān)的基因發(fā)生了物種特異的基因家族擴(kuò)張與功能突變。其中,勐臘鈍頭蛇的載脂蛋白E(APOE)上產(chǎn)生了多個特有突變,使其相較于其他蛇類APOE具有更高的脂質(zhì)結(jié)合穩(wěn)定性,有助于高效利用有限的脂質(zhì)資源。此外,勐臘鈍頭蛇的乙酰肝素酶(HPSE)基因相比其它蛇類發(fā)生了擴(kuò)張,其所有HPSE拷貝在下唇腺中的表達(dá)量顯著上調(diào),通過基因劑量效應(yīng)提升HPSE的整體表達(dá)水平,從而增強(qiáng)其降解肝素類糖胺聚糖(蝸牛黏液中主要的黏性成分)的能力。
勐臘鈍頭蛇腸道微生物組成與功能也發(fā)生了適應(yīng)性變化。相比于不吃蝸牛的蛇類,勐臘鈍頭蛇腸道中降解蝸牛黏液組分的細(xì)菌以及合成短鏈脂肪酸(SCFA)的細(xì)菌占有明顯優(yōu)勢。值得一提的是,與同樣食物富含肝素類物質(zhì)且脂肪含量極低的吸血蝙蝠相似,勐臘鈍頭蛇的腸道中也富集了肝素裂解、短鏈脂肪酸合成及脂質(zhì)合成相關(guān)的微生物酶。它們的腸道共生菌可利用肝素分解產(chǎn)生的低聚糖持續(xù)合成SCFA作為宿主的能量來源,并減輕脂質(zhì)攝入不足的影響。
研究以勐臘鈍頭蛇為對象,揭示了其基因組與腸道微生物群在推動食性適應(yīng)中的協(xié)同關(guān)系,并提供了哺乳動物與爬行動物在腸道共生菌功能方面可能存在趨同演化的證據(jù)。該成果拓展了對不同物種間食性特化機(jī)制的理解,進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了共生總基因組在演化過程中的重要作用。
相關(guān)研究成果以Hologenomics Reveals Specialized Dietary Adaptations in the Mengla Snail-eating Snake為題發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。
勐臘鈍頭蛇
勐臘鈍頭蛇特有APOE突變及HPSE基因擴(kuò)張
勐臘鈍頭蛇腸道菌群構(gòu)成及功能特化
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