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趨同演化是指親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種在相似環(huán)境或生活方式下，獨(dú)立演化出相似的表型或特征。地下哺乳動(dòng)物獨(dú)立演化出多種適應(yīng)性表型和特征，以應(yīng)對(duì)極端地下環(huán)境帶來的低氧、黑暗等挑戰(zhàn)，是研究特殊環(huán)境適應(yīng)性演化與趨同演化的理想模型。目前，地下哺乳動(dòng)物的適應(yīng)性演化和趨同演化機(jī)制的研究集中在基因組層面，而轉(zhuǎn)錄組和腸道微生物組水平的研究相對(duì)匱乏。近日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員胡義波與中國(guó)科學(xué)院院士魏輔文團(tuán)隊(duì)合作，從多組學(xué)角度開展了地下哺乳動(dòng)物趨同演化機(jī)制研究，闡明宿主基因組趨同而非腸道微生物組趨同是地下哺乳動(dòng)物適應(yīng)地下極端環(huán)境的趨同演化基礎(chǔ)，為地下哺乳動(dòng)物適應(yīng)性演化和趨同演化提供了多組學(xué)見解。該研究通過Nanopore測(cè)序、Illumina測(cè)序和Hi-C測(cè)序，組裝了一只雄性中華竹鼠的染色體水平基因組?；蚣易迨湛s擴(kuò)張分析顯示，與其他嚙齒動(dòng)物相比，中華竹鼠基因組中Hsp90基因家族發(fā)生擴(kuò)張；10個(gè)Hsp90基因拷貝可能與其適應(yīng)地下低氧環(huán)境相關(guān)。腸道微生物組分析表明，地下哺乳動(dòng)物擁有各自的優(yōu)勢(shì)菌屬，且其菌群功能與低氧環(huán)境適應(yīng)或免疫調(diào)控等不同通路相關(guān)。研究以小鼠為對(duì)照，分別采集中華竹鼠和小鼠的眼球、眼周和牙周組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。比較轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)了中華竹鼠視覺感知調(diào)控基因和牙齒發(fā)育相關(guān)基因的顯著差異表達(dá)。進(jìn)一步，比較基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在中華竹鼠、盲鼴鼠、裸鼴鼠、土黃鼴形田鼠四種地下哺乳動(dòng)物的基因組中存在多個(gè)與低氧、免疫、聽覺和視覺感知相關(guān)的趨同適應(yīng)信號(hào)。其中，與視覺發(fā)育和感知相關(guān)的Megf11（A438S）的氨基酸趨同變化存在于地下哺乳動(dòng)物，也在部分夜行性動(dòng)物中出現(xiàn)，呈現(xiàn)出與黑暗環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的趨同演化現(xiàn)象。同時(shí)，編碼角蛋白9的Krt9基因在多個(gè)地下哺乳動(dòng)物支系中均發(fā)生假基因化，可能與其長(zhǎng)期挖掘行為相適應(yīng)。然而，地下哺乳動(dòng)物腸道微生物組的結(jié)構(gòu)和功能沒有表現(xiàn)出趨同演化，而是主要受到宿主的系統(tǒng)發(fā)育和腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。該研究從多組學(xué)視角探討了地下哺乳動(dòng)物適應(yīng)洞穴環(huán)境的適應(yīng)性演化和趨同演化機(jī)制，闡明地下哺乳動(dòng)物穴居適應(yīng)的趨同演化是由宿主基因組趨同而非腸道微生物組趨同驅(qū)動(dòng)，為地下哺乳動(dòng)物的適應(yīng)性演化和趨同演化提供了新認(rèn)識(shí)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》（Cell Reports）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接地下哺乳動(dòng)物適應(yīng)性演化和趨同演化的遺傳機(jī)制