北京时间2023年6月19日晚，中国科学院成都生物研究所李家堂团队在《细胞》杂志上在线发表论文“Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development”。
该论文基于大规模多组学技术与基因编辑等研究手段，全面揭示了蛇类起源及特有表型演化的遗传机制。
全球蛇类约4000种，广泛分布于除南极洲外的各大洲陆地和海洋，在进化历史上处于脊椎动物演化的关键节点，是脊椎动物的重要类群。蛇类演化出了四肢缺失、身体延长、左右肺不对称发育等特殊表型，揭示这些特殊表型的遗传机制对理解脊椎动物演化历史具有重要意义。该研究选取了全球极具代表性的不同支系的蛇类，结合多组学及基因编辑等多学科交叉研究手段，系统阐释了蛇类的起源与特殊表型演化的遗传机制。基于染色体水平蛇类基因组数据集构建了迄今最有力的蛇类系统发育框架，推断蛇类起源于约1.18亿年前早白垩纪，支持了蛇类是由蜥蜴演化而来的假说。蛇类四肢缺失、身体延长、内脏器官不对称发育等重要遗传机制基于谱系基因组与基因编辑等研究发现，蛇类PTCH1蛋白特异性缺失的三个氨基酸残基可能是其四肢缺失的重要遗传机制之一。大量编码及非编码调控元件的快速演化驱动了蛇类身体的延长。为适应身体延长，蛇类的内脏器官发生了不对称发育，如其左肺大多趋近于退化，而右肺则较为发达。蛇类丢失了控制器官对称发育的DNAH11和FXJ1B基因，是其左、右肺不对称发育的重要遗传因素。此外，研究还探讨了红外感应蛇类和穴居的盲蛇类物种特殊表型的演化遗传机制。研究发现与热响应相关的PMP22基因和与三叉神经发育相关的NFIB基因的非编码调控元件的趋同演化是部分蛇类能够感知红外光谱的重要遗传驱动力。而盲蛇类物种则通过RPGRIP1等基因的丢失及CHIA等基因的快速演化以适应穴居生活，并形成专食蚂蚁及蚂蚁卵的食性。该研究率先启动了蛇类大规模组学研究，对理解脊椎动物演化历史具有重要意义，将推动动物演化生物学等相关学科的发展。李家堂团队未来将聚焦开发玉米蛇为模式动物并开展演化发育生物学研究。同时，围绕蛇毒等重要遗传资源的挖掘和运用，为抗蛇毒血清及蛇毒衍生药物的研发提供科学支撑。研究团队将推动从基础科学到应用基础科学的发展，更好地服务国家重大战略需求。中国科学院成都生物研究所博士生彭长军、昆明动物研究所吴东东研究员和成都生物研究所助理研究员任金龙为该论文共同第一作者，成都生物研究所李家堂研究员为该论文的独立通讯作者。本研究得到中国科学院B类先导科技专项、国家自然科学基金等项目的资助。相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.030
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