昆明动物研究所发《Science》:从牛羊到长颈鹿,反刍动物的进化之路

【字体: 时间:2019年06月25日 来源:生物通

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  《Science》杂志报道了一份详细的反刍动物基因组研究,为反刍动物的进化和成功提供了新视角。

  

反刍动物家族庞大,从鹿到羚羊,以及绵羊、山羊、牛等其他野生亲缘动物,它们在全球许多生态系统中繁衍生息。体型从马来西亚的鼠鹿到非洲长颈鹿大小不等。

6月21日发表在《Science》杂志上的这项研究由昆明动物研究所的王文(Wen Wang)和张国捷(Guojie Zhang)以及丹麦哥本哈根大学的Rasmus Heller领导,还包括加州大学戴维斯分校进化与生态及基因组中心的Harris Lewin教授。

反刍动物是世界农业系统的重要组成部分。仅在美国,农场和牧场估计就有9500万头牛、 520万只绵羊和200万只山羊。

“随着世界各地的生态系统开始受到气候变化影响,了解它们的基因及其变异有助于保护受威胁和濒危的反刍动物物种。还可以提供资源减轻气候变化对农产品(如养牛)的影响,以便更适应温暖、干燥的气候,”Lewin说。

研究小组生产了超过40万亿个碱基对的原始DNA序列,并将它们组装成44个物种的基因组。根据这些数据,他们为反刍动物创造一个新的家谱——在3200万到3900万年前反刍动物成为一个群体,最大的(长颈鹿)和最小的(鼠鹿)位于最早期的一些分支上。

“这项研究所产生的数据为生态和经济上重要的哺乳动物群体提供了一个基本的基因组路线图,”主持地球生物起源项目的Lewin说。该项目旨在对地球上所有真核生物的遗传密码进行排序,已知物种约150万种,包括所有植物、动物、原生动物。还有真菌。“这是一个巨大的资源,不仅是为了了解进化如何塑造反刍动物,而且也是为了了解理想和不理想特征(如遗传疾病)的基础。”

独特的消化系统基因

所有反刍动物都有一个特殊的、多腔的胃,允许它们用微生物发酵所吃的植物,并带上食物进一步咀嚼,帮助消化。这种高度专门化的消化系统使反刍动物能够充分享受高纤维素饮食。

研究表明,在反刍动物中发现的295个新进化的基因中,许多与消化系统有关,如胃的结构和功能,如瘤胃、瓣胃和皱胃。

研究小组还发现了一些与角有关的基因。反刍动物通常有角,在防御或交配行为中发挥作用。

研究人员在物种层面上精确定位了进化变化。长颈鹿是最高的陆生动物,它独特的身形可能有助于它们适应草原栖息地。研究人员发现,在366个与骨骼发育相关的基因中,115个基因属于长颈鹿特异性突变。

反刍动物的基因组也证明人类对这些动物的影响。当研究人员使用一种方法来推断曾经的种群规模时,他们发现一半以上的物种在10万到5万年前大幅度减少——大约就是在现代人类离开非洲并走向世界各地的时候。

研究人员还建立了反刍动物基因组数据库,公开收集了研究中的基因组和转录组数据。

这项工作得到了中国、欧洲和美国多个机构和基金会的支持。

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原文检索:Large-scale ruminant genome sequencing provides insights into their evolution and distinct traits

(生物通:伍松)

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