2019-07-29 23:43:01
科莫多龙基因组揭示了其进化的线索

科莫多龙基因组揭示了其进化的线索.jpg

科莫多巨蜥是世界上最大的蜥蜴。这些重达200磅的捕食者可以在距离最远7.5英里的地方探测到它们的猎物。尽管他们是冷血动物,但他们可以将新陈代谢提升到接近哺乳动物的水平,这使他们具有极高的速度和耐力。然而,科学家们对这些非凡蜥蜴的DNA如何编码如此惊人的特征知之甚少。

现在,格拉德斯通研究所的研究人员与加州大学旧金山分校(UCSF)和亚特兰大动物园的科学家密切合作,开展了一项新的研究,提供了科莫多龙的第一个高分辨率序列,以及对它如何进化的见解。

“我们在9年前开始研究基因组如何进化,但为了这样做,我们首先需要基因组序列,”Gladstone高级研究员Benoit Bruneau博士说,他是该研究的资深作者。 “当时,其他小组对海龟基因组,蛇和鸟类基因组进行了测序,鳄鱼基因组正在进行中,但缺失的分支是蜥蜴蜥蜴 - 科莫多龙所属的家族。”

“几年前我作为一名游客前往科莫多岛,我在野外看到了科莫多巨蜥,”高级研究员,格拉德斯通数据科学与生物技术研究所所长Katherine Pollard博士说。该研究的另一位资深作者。 “我从来没有想到我有一天会在他们的基因组上工作。那时我们甚至都没有人类基因组!”

研究小组研究了来自亚特兰大动物园的两只科莫多巨蜥的DNA,这些龙来自Slasher和Rinca,他们的血液样本是他们预定的年度检查的一部分。

“这个项目是我们利用最新和最好的技术更多地了解科莫多巨蜥的一个很好的机会,然后能够将我们的发现贡献给蜥蜴生物学的一般知识,”Joseph R. Mendelson III博士说。 ,一位爬行动物学家和进化脊椎动物生物学家,以及亚特兰大动物园的研究主任。

该研究发表在Nature Ecology&Evolution杂志上,并作为带有数据库的预印本在BioRxiv上发布,提供了极高质量的科莫多龙基因组序列,现在可用作序列的参考。其他脊椎动物的基因组。

“脊椎动物基因组很大,它们包含许多重复序列,”波拉德解释说,他也是加州大学旧金山分校的教授和Chan Zuckerberg Biohub研究员。 “大多数测序技术一次只产生短暂的序列。当这些短片段包含重复元素时,不可能知道它们属于何处以及它们连接的是什么,这使得它们很难将它们串在一起。”

为了解决这个问题,该团队采取了多管齐下的方法。

“我们使用多种技术,包括远程测序和物理测绘技术来进行组装,”Bruneau说,他也是Gladstone心血管疾病研究所的主任,也是加州大学旧金山分校儿科学系的教授。 “因此,我们为科莫多人提供了超深,非常高质量的序列。”

一旦科学家获得序列,他们就会使用计算工具将其与其他爬行动物进行比较,看看是什么让科莫多龙的基因组独一无二。

具体而言,他们正在寻找帮助科莫多巨蜥适应其环境的基因组变化,这种变化经历了一个称为正选择的进化过程。一个值得注意的发现是,正面选择已经塑造了几个与线粒体功能相关的基因,线粒体是控制心脏和其他肌肉功能的细胞的能量强大。

“我们的分析显示,在科莫多巨蜥中,参与细胞如何制造和使用能量的许多基因在增加蜥蜴的有氧能力方面发生了迅速变化,”波拉德实验室的博士后研究员阿比盖尔·林德博士说。该研究的第一作者。 “这些变化可能是科莫多实现近哺乳动物新陈代谢能力的关键。”

蜥蜴通常因其高有氧能力而闻名。换句话说,他们在体力消耗后很快就会筋疲力尽。

“但是,通过与科莫多巨蜥的合作,我们知道他们能够持续进行有氧运动,这可能是游泳,跑步或步行极长距离,”门德尔森解释说,他也是佐治亚理工学院的兼职副教授。“我们的研究向我们展示了这些线粒体适应性增加心输出量的秘诀。这让我们了解这些动物如何能够做到我们所观察到的。”

此外,研究人员还发现科莫多巨蜥与其他一些蜥蜴一样,拥有意想不到的大量基因,这些基因编码称为犁鼻受体的化学传感器。这些受体是复杂的感觉系统的一部分,允许动物检测激素和信息素。

这种类型的感知涉及各种活动,包括亲属识别,配偶选择,捕食者避免和狩猎。在Komodo基因组中,该团队发现了一类犁鼻受体基因的150多个拷贝。研究小组还发现,这些基因中的许多基因都是每个蜥蜴物种所独有的,这提高了科莫多龙的犁鼻受体可能以科莫多岛特有的方式发挥作用的可能性。

“确定这是否能解释科莫多龙在如此大的距离内探测猎物的能力将会很有趣,”布鲁诺说。 “这个项目令人兴奋的事情之一就是我们不知道会发生什么。这是一个了解基因组的机会,并说'告诉我你的有机体的故事'。”

接下来,Bruneau和他的团队期待利用他们的研究结果来研究控制脊椎动物心脏形成的基因在进化过程中是如何发生变化的,因为大多数爬行动物只有三腔心脏,而哺乳动物有四个腔室。

完成的基因组序列也为有意跟踪科莫多巨蜥研究其生态学的保护生物学家以及世界各地研究脊椎动物进化的科学家提供了宝贵的资源。

“这项研究的意义远远超过科莫多巨蜥,”门德尔森说。 “它为我们提供了一个比较其他测序动物的框架,并了解其所有特征如何进化的遗传基础。该项目还将保护生物多样性的重要性和动物园在大规模研究中可以发挥的重要作用放在首位。对我们照顾的动物有害。“

教案下载
2018-09-15 06:51:02
试题下载
2019-01-02 22:00:03
试题下载
2018-05-12 03:22:31
人类科学
2018-11-13 06:00:03