华大基因参与发表《Cell》封面文章：解析北极熊基因组

　　

生物通报道  通过比较北极熊和棕熊的基因组，揭示出北极熊是比以前认为的要更年轻的一个物种，其与棕熊在不到50万年前发生了分歧。

分析结果还揭示出了与北极熊能够极端适应北极地区生活相关的几个基因。这一物种在其生命的大多数时候都生活在海冰上，它主要靠食用海洋哺乳动物一类富含脂肪的食物为生。

该研究准确地指出了与脂肪酸代谢和心血管功能相关的一些基因，或许能够解释北极熊可以处理高脂饮食，避免形成动脉脂肪斑块以及心血管疾病的能力。而高脂饮食的人类常饱受心血管疾病的折磨。这些基因或许能够提供一些关于如何保护人类避免高脂饮食不良影响的见解。

这项研究是由丹麦、中国和美国的研究人员合作完成（延伸阅读：中外科学家Nature子刊绘制蜘蛛基因组图谱）。Eske Willerslev领导的丹麦研究小组提供了北极熊的血液和组织样本；华大基因研究院的研究人员与美国加州大学伯克利分校的一个研究小组一起完成了基因组测序及对数据的分析。

论文的主要作者之一、加州大学伯克利分校博士后研究人员Eline Lorenzen说：“对北极熊而言，肥胖是一种良好的状态。我们想了解它们是如何应付这种情况的。”

加州大学伯克利分校理论进化基因组学中心成员Rasmus Nielsen说：“通过比较基因组学我们可以了解其他的生物是如何应付我们也遭受到的一些情况的。例如，北极熊从遗传上适应了现在许多人强加给自身的高脂饮食。如果我们了解到一些使得它们能够应付这种状况的基因，或许可为我们提供一些工具来将人类的生理学调节至线下。”

这些研究结果被选作封面故事发表在5月8日的《细胞》（Cell）杂志上。

近亲

据估计，全球大约有20,000-25,000只北极熊，且其数量在不断下降，其栖息地北极海冰正在快速消失。随着北纬变暖，北极熊的远亲棕熊（灰棕熊）在进一步地北迁，其偶然与北极熊发生异种交配，生成灰北极熊（pizzlies）。

Nielsen说，由于它们的关系很近，是黑猩猩与人类进化距离的十分之一，它们能够进行异种交配。以往估计北极熊和棕熊的分歧时间是在60万-500万年前。

“分歧时间如此之短真是令人惊讶。北极熊必定是在非常短时间内演变出了对于北极环境所有独特的适应，”他说。这些适应不仅包括从棕色到白色皮毛的转变，形成光滑的身体，还有一些大的生理学和代谢改变。“一直以来对此存在大量的争论，但我认为我们真正地明确了它们之间分歧的时间，其并不久远。”

遗传改变影响脂肪代谢

比较基因组揭示出，几十万年来自然选择驱动了与血液中脂肪运输和脂肪酸代谢相关的一些基因发生了重大的改变。经受最强力选择的基因之一就是APOB，在哺乳动物中APOB编码了称作为“坏”胆固醇——低密度脂蛋白（LDL）中的主要蛋白。这一基因发生改变或突变反映了北极熊饮食中关键的脂肪特性，北极熊需要应对血液中高水平的葡萄糖和甘油三酯，尤其是胆固醇，对于人类而言这是一种危险的物质。脂肪占据了北极熊一半体重。

Lorenzen说：“北极熊的生活围绕着脂肪。喂给幼崽的熊奶有高达30%的脂肪，成年北极熊主要以海洋哺乳动物猎物脂肪为食。北极熊的皮肤下堆积了大量的脂肪，因为它们实际上是生活在北极沙漠里，多年无法获得淡水，依赖于脂肪的分解产物代谢水。”

她指出，进化出新的代谢机制应对饮食中的高脂肪必定是在几十万年间非常快速发生的事情，因为我们知道在10万年前北极熊已经以海洋饮食为生。

尽管与棕熊分离与称作为海洋氧同位素11阶段这一长达5万年特别温暖的间冰期相符，尚不清楚是什么推动了北极熊的进化。紧随气候改变而发生的环境转变有可能促使棕熊向北扩大它们的范围。当这一温暖的时期结束，冰冷的时期到来时，一些棕熊可能被孤立，被迫快速适应了新的环境。

来自整个北极的样本

研究人员针对来自瑞典、芬兰、阿拉斯加州冰川国家公园和阿拉斯加海岸ABC岛屿的79只格陵兰北极熊和10只棕熊的血液及组织样本进行了分析。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Cell, Liu et al.: "Population Genomics Reveal Recent Speciation And Rapid Evolutionary Adaptation In Polar Bears."