哺乳动物长寿的趋同表型通过不同演化策略实现：小型与大型长寿哺乳动物的比较基因组学与转录组学分析

《BMC Genomics》：Convergent evolution of longevity reveals divergent genomic mechanisms in small and large mammals

摘要

在哺乳动物中，延长的寿命已多次独立演化，但这一趋同特征背后的分子机制仍知之甚少。尽管最长寿命与体型相关，但在哺乳动物体型光谱的两端都演化出了非凡的长寿现象：一端是蝙蝠和裸鼹鼠等小型长寿哺乳动物，另一端是鲸类和象类等大型长寿哺乳动物。目前尚不清楚这些不同体型的哺乳动物群是通过共享的分子通路还是谱系特异性适应来实现长寿的。本研究进行了整合比较基因组学和转录组学分析，以检验以下假说：超长寿小型哺乳动物（ELLSM）与体型相关长寿哺乳动物（BMAL）表现出不同的长寿分子特征。分析结果显示，ELLSM中的长寿由增强的自然选择所驱动，这与增强细胞维护以抵消小体型高代谢成本的需求一致。相比之下，BMAL谱系呈现出全基因组范围的松弛选择模式，但在控制细胞周期和DNA修复的通路上仍保留着强烈的序列水平约束。转录组谱显示互补的分化模式，BMAL特征强调细胞周期调控和生长，而ELLSM特征则显著富集于DNA修复和自噬的转录上调。尽管两组共享延长寿命的表型，但我们发现两者之间受到选择的特定基因和通路几乎没有重叠。BMAL的长寿与严格的细胞增殖控制（以抑制癌症）相关，而ELLSM的长寿则与增强的细胞维护和修复（以维持长期细胞功能）相关。综合而言，我们的结果表明，哺乳动物的长寿是一种通过不同演化策略实现的趋同表型。

图形摘要

在哺乳动物中，延长的寿命已多次独立演化，但这一趋同特征背后的分子机制仍知之甚少。尽管最长寿命与体型相关，但在哺乳动物体型光谱的两端都演化出了非凡的长寿现象：一端是蝙蝠和裸鼹鼠等小型长寿哺乳动物，另一端是鲸类和象类等大型长寿哺乳动物。目前尚不清楚这些不同体型的哺乳动物群是通过共享的分子通路还是谱系特异性适应来实现长寿的。本研究进行了整合比较基因组学和转录组学分析，以检验以下假说：超长寿小型哺乳动物（ELLSM）与体型相关长寿哺乳动物（BMAL）表现出不同的长寿分子特征。分析结果显示，ELLSM中的长寿由增强的自然选择所驱动，这与增强细胞维护以抵消小体型高代谢成本的需求一致。相比之下，BMAL谱系呈现出全基因组范围的松弛选择模式，但在控制细胞周期和DNA修复的通路上仍保留着强烈的序列水平约束。转录组谱显示互补的分化模式，BMAL特征强调细胞周期调控和增长，而ELLSM特征则显著富集于DNA修复和自噬的转录上调。尽管两组共享延长寿命的表型，但我们发现两者之间受到选择的特定基因和通路几乎没有重叠。BMAL的长寿与严格的细胞增殖控制（以抑制癌症）相关，而ELLSM的长寿则与增强的细胞维护和修复（以维持长期细胞功能）相关。综合而言，我们的结果表明，哺乳动物的长寿是一种通过不同演化策略实现的趋同表型。

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