鸟类飞行能力退化的共同遗传机制：细胞骨架信号通路的趋同演化

为解决鸟类飞行能力退化这一进化与驯化过程中的关键科学问题，研究人员通过比较基因组学和全基因组重测序技术，揭示了细胞骨架信号通路（cytoskeleton in muscle cells signaling pathway）在野生鸟类和家禽飞行能力退化中的核心作用。研究发现，70个正选择基因（PSGs）和候选基因FN1、ANKRD1均富集于该通路，表明进化与驯化可能通过相同遗传机制介导飞行退化。这一发现为理解鸟类适应性演化提供了新视角，并为后续研究奠定基础。

　　

鸟类飞行能力的演化一直是进化生物学中的经典课题。从恐龙到现代鸟类，飞行能力的获得与丧失背后隐藏着复杂的适应性策略。然而，尽管已知飞行退化的鸟类（如鸵鸟、企鹅）和家禽（如鸡、鸭）表现出相似的形态特征（如骨骼增粗、胸肌退化），但其遗传机制是否共享共同通路仍悬而未决。这一问题对理解自然选择与人工驯化的趋同演化至关重要。

为解决这一科学难题，中国的研究团队在《Poultry Science》发表了一项跨物种研究。他们整合了28种野生鸟类（6种无飞行能力，22种有飞行能力）的比较基因组数据和15种鸭类（9种野生、6种家养）的全基因组重测序数据，通过正选择分析、选择性清除分析和种群结构解析，揭示了细胞骨架信号通路的核心作用。

关键技术方法
研究采用多组学联合策略：1）基于OrthoFinder和RAxML构建系统发育树，通过CAFé分析基因家族扩张/收缩；2）使用PAML分支位点模型筛选正选择基因（PSGs）；3）基于T2T北京鸭基因组构建泛基因组图谱，结合Fst、θπ ratio和XPEHH检测驯化选择信号；4）通过GO/KEGG富集分析定位关键通路。

基因家族聚类与系统发育分析
单拷贝直系同源基因构建的系统发育树显示，28种鸟类分为古颚类（Palaeognathae）、鸡雁小纲（Galloanserae）和新鸟类（Neoaves）三大分支。基因家族动态分析发现，无飞行能力的古颚类中，细胞骨架信号通路相关基因（如ACTN2）显著收缩，而新鸟类中该通路基因呈现扩张与收缩并存，暗示其对飞行功能的精细化调控。

正选择分析与通路富集
在无飞行能力的鸟类分支中，137个正选择基因（PSGs）被鉴定，其中70个显著富集于细胞骨架信号通路（p < 0.05）。该通路包含肌动蛋白（actin）、肌球蛋白（myosin）等结构蛋白编码基因，其功能异常可能导致肌肉收缩效率下降，从而驱动飞行退化。

家鸭驯化中的选择信号
选择性清除分析发现，驯化鸭中139个候选基因与野生鸭存在显著分化，其中FN1（纤维连接蛋白1）和ANKRD1（肌肉特异性锚蛋白重复蛋白）同样位于细胞骨架信号通路，且在野生鸟类中检测到强正选择信号。这表明自然选择与人工驯化可能通过同一通路介导飞行退化。

讨论与意义
研究首次系统揭示了细胞骨架信号通路在鸟类飞行能力退化中的跨物种保守性。该通路通过调控肌肉收缩和骨骼发育（如MYH1D、ACTN2），影响飞行相关结构的力学性能。尽管进化与驯化的时间尺度和选择压力不同，但均可能通过改变该通路基因的表达或功能（如ANKRD1促进骨骼肌发育）导致表型趋同。这一发现不仅深化了对鸟类适应性演化的理解，也为家禽育种（如肌肉性状改良）提供了分子靶点。

未来研究需扩大样本量，结合功能实验验证FN1等基因的因果性。随着更多高质量鸟类基因组的发布，跨物种比较将进一步揭示飞行这一复杂性状的遗传奥秘。