科学家揭示大、小熊猫趋同演化遗传学机制

熊猫和小熊猫属于不同的食肉动物科:大熊猫属于熊科，而小熊猫属于臭鼬超家族的小熊猫科。他们的差异已经超过4000万年了。尽管它们的亲缘关系相对较远，但它们进化出了相同的吃竹子的习惯。更有趣的是，两只大熊猫还在前爪进化出一种特殊的结构——假拇指，来帮助抓竹子，这是适应性进化和趋同性进化的经典案例。然而，假拇指形成的分子机制一直难以揭示。

为了揭示大熊猫与小熊猫在形态和生理性状上趋同的遗传机制，中国科学院动物研究所研究员魏领导的研究团队首次对小熊猫的全基因组进行了重新测序、组装和注释，并通过互补测序对大熊猫基因组进行了重组，与以前的版本相比，大大提高了组装质量。基因组水平的系统发育分析表明，大熊猫属于熊科，而小熊猫属于黄鼠狼超家族。这些结果在分子水平上支持了以前的分类结论，两者之间的分歧时间可以追溯到4750万年前。

在全基因组测序的基础上，他们利用比较基因组学从基因组水平分析了大熊猫和小熊猫趋同进化的分子机制。在全基因组水平上，他们鉴定了70个对大熊猫和小熊猫具有相似适应性的基因，其中一些集中在纤毛装配、肢体发育、蛋白质消化和吸收、视黄醇代谢等类别或途径，与大熊猫和小熊猫假拇指的发育以及竹子对必需营养物质的吸收和利用密切相关。参与细胞纤毛结构组装的肢体发育基因DYNC2H1和PCNT是调节大熊猫假拇指发育的重要基因。与必需氨基酸、必需脂肪酸和维生素的吸收和利用相关的基因也经历了适应性趋同，这可以增强大熊猫对竹子必需营养的吸收，以适应低营养的竹子食物。

在全基因组水平的假基因分析中，他们鉴定了10个大、小熊猫共有的假基因，包括TAS1R1，一种感觉肉味的美味味觉受体基因。TAS1R1在大熊猫和小熊猫身上都有假基因，而在其他食肉动物身上的基因是正常的，显示了一个由食物特化驱动的有趣的基因聚合事件。进一步的分析表明，小熊猫的TAS1R1基因的假基因应该发生在小熊猫的食性转变为部分植物性食物之后。该研究揭示了大熊猫和小熊猫在代谢途径、蛋白质聚合到伪遗传学等不同水平上形态和生理性状聚合的遗传机制，为揭示进化生物学中的热点问题聚合进化的分子机制提供了新的案例。

相关的研究结果发表在1月17日的《美国国家科学院院刊》上。(科尔津)

《中国科学新闻》(第一版集锦，2017年1月19日)