长距离迁徙哺乳动物的分子进化新见解：基因组学揭示记忆、感知与运动能力的适应性机制

本研究针对长距离迁徙哺乳动物的遗传基础这一科学难题，通过比较基因组学分析52种哺乳动物（含21种迁徙物种），揭示了BDNF、CNGA2等关键基因在记忆、嗅觉、视觉等功能的适应性进化特征。研究人员发现迁徙物种在能量代谢、基因组稳定性等通路存在显著的正选择信号和趋同进化，并通过转录组分析验证了美国野牛与家牛间的基因表达差异。该研究为理解迁徙行为的分子机制提供了新视角，对物种保护具有重要价值。

　　

动物迁徙是自然界最壮观的生命现象之一，从非洲角马的大迁徙到座头鲸的跨洋旅程，这些行为背后隐藏着怎样的遗传密码？尽管鸟类迁徙研究已取得进展，但哺乳动物迁徙的分子机制仍是未解之谜。现有研究多集中于生态学观察，缺乏对导航记忆、环境感知等核心能力的基因组层面解析。随着测序技术发展，系统揭示长距离迁徙遗传基础的时机已然成熟。

为破解这一难题，Hao Yuan等研究团队在《BMC Genomics》发表研究，通过对52种哺乳动物（含21种迁徙物种如黑尾牛羚、座头鲸、斑马等）的11,308个直系同源基因进行多维度分析。研究采用LAST和Multiz软件构建全基因组比对，使用PAML软件包中的branch-site模型检测正选择基因，通过Phylogenetic Generalized Least Squares (PGLS)方法分析表型-基因型关联，并整合convcal和CSUBST工具研究趋同进化。此外，通过美国野牛与家牛的转录组比较验证候选基因功能。

基因组水平的选择信号

研究首先构建了包含21种迁徙哺乳动物的系统发育树（

），发现195个正选择基因显著富集于神经系统发育（如神经元分化）、视觉系统（视网膜形态发生）和能量代谢通路（葡萄糖代谢）。其中BDNF基因同时显示正选择（p=0.000831）和加速进化（ω₂=0.218 vs ω₁=0.083），该基因编码的脑源性神经营养因子对空间记忆形成至关重要。

加速进化与功能关联

335个加速进化基因中，嗅觉信号通路（R-HAS-381753）尤为突出，包含CNGA2等多个嗅觉受体基因。PGLS分析进一步确认354个基因与迁徙行为显著相关（

）。交叉分析获得41个强信号基因，如肌肉相关基因TAGLN在迁徙野牛中表达显著下调。

组织特异性表达模式

美国野牛与家牛的转录组比较显示（

），骨骼肌中STX17上调而TAGLN下调，肝脏中OPA3上调而UACA下调，这些基因在敲除小鼠模型中均导致相应器官异常。

趋同进化机制

通过多方法分析发现FAAP24基因在鲸类中呈现平行进化（

），该基因参与DNA损伤修复。通路富集显示四个谱系共享GO:0050808（突触形成）等通路，提示不同迁徙类群独立进化出相似的神经调控机制。

这项研究首次系统揭示了哺乳动物长距离迁徙的多层次分子适应机制：BDNF等基因通过增强记忆导航能力，CNGA2等嗅觉受体优化环境感知，TAGLN等基因提升运动效能，而FAAP24等则保障基因组稳定性。这些发现不仅填补了迁徙生物学理论空白，还为濒危物种保护提供了分子标记。未来研究可进一步探索非编码调控元件的作用，并通过基因编辑验证关键靶点功能。