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中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂團隊揭示了全球唯一專性孤雌生殖蛇類——鉤盲蛇的基因組奧秘。該研究通過多組學(xué)技術(shù)破解了鉤盲蛇三倍體基因組構(gòu)成、孤雌生殖的分子機制及其進化意義，為探究脊椎動物多倍體形成和孤雌生殖適應(yīng)性提供了新見解。鉤盲蛇是目前世界上已知最小的蛇類之一。這種蛇類營穴居生活，主要以螞蟻和白蟻為食。鉤盲蛇體型微小，常通過植物貿(mào)易中的花盆土壤被無意中傳播，因此又被稱為花盆蛇。這種特有的傳播方式使鉤盲蛇在全球范圍內(nèi)形成了廣泛的分布格局，尤其分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)。鉤盲蛇的廣泛分布不僅得益于其適應(yīng)性強的生活習(xí)性，還與其獨特的孤雌生殖方式相關(guān)。鉤盲蛇是僅由雌性個體組成的蛇類，其核型均為三倍體，自然種群無需雄性參與即可繁衍后代。研究人員長期關(guān)注鉤盲蛇三倍體基因組起源、亞基因組間兼容性，以及孤雌生殖是否導(dǎo)致進化“死胡同”等問題。該研究破譯鉤盲蛇染色體級別的高質(zhì)量基因組并進行三個亞基因組的精準拆分發(fā)現(xiàn)，鉤盲蛇的祖先基因組在約4100萬年前經(jīng)歷了一次快速的物種形成事件，導(dǎo)致染色體融合發(fā)生。同時，研究發(fā)現(xiàn)，鉤盲蛇基因組存在大量的假基因化現(xiàn)象，包括免疫和精子發(fā)生相關(guān)基因。這些基因的假基因化可能有助于減少不同亞基因組之間的免疫反應(yīng)，促進雜合基因組的形成，并確保孤雌生殖順利進行。研究利用卵巢等器官的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，卵巢中DNA修復(fù)相關(guān)基因ALKBH2和MDC1等特異高表達，可能在其減數(shù)分裂過程中發(fā)揮重要作用。研究結(jié)合群體基因組分析發(fā)現(xiàn)不同地理種群的亞基因組拷貝數(shù)存在差異，并推測鉤盲蛇孤雌生殖可能是依賴“減數(shù)分裂前內(nèi)復(fù)制”的潛在機制。這一研究為剖析動物孤雌生殖和多倍體形成機制提供了獨特視角，打破了關(guān)于“孤雌生殖動物面臨進化困境”的傳統(tǒng)認知，有助于研究動物多樣化生殖方式的起源，并為探討其他類群的染色體演化歷史和物種多樣性保護提供了新思路。相關(guān)研究成果以Genomic insights into parthenogenesis and triploid evolution in the flowerpot snake為題，發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院相關(guān)項目等的支持。論文鏈接鉤盲蛇鉤盲蛇亞基因組演化歷史鉤盲蛇減數(shù)分裂潛在機制示意圖