研究解释了蛇是如何失去四肢的

2019年2月11日21:29:17 发表评论
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蛇和蜥蜴是属于Squamata命令的爬行动物。他们有几个共同的特征,但在一个明显的方面有所不同:蛇没有四肢。这两个子序在1亿多年前发生了分…

蛇和蜥蜴是属于Squamata命令的爬行动物。他们有几个共同的特征,但在一个明显的方面有所不同:蛇没有四肢。这两个子序在1亿多年前发生了分歧。

鉴定遗传因素涉及这种肢体损失是文章的重点“Julinian Gusson Roscito和Nature Communications的合作者发表的文章”表型缺失与进化中基因调控景观的广泛分歧有关“。

该文章的另一个同样有趣的焦点是某些地下哺乳动物的眼睛退化。

“我们对这两个案例进行了调查,以了解更为一般的过程,即进化过程中基因组变化如何导致表型变化,”Roscito说。

Roscito目前是德国德累斯顿马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的研究员,曾在巴西担任博士后研究员,并在圣保罗研究基金会 - FAPESP的支持下在国外实习。她的博士后奖学金与主题项目“新热带爬行动物和两栖动物的比较系统地理学,系统发育,古气候模拟和分类学”有关,其中Miguel Trefaut Urbano Rodrigues是FAPESP生物多样性表征,保护研究计划主持下的主要研究者,恢复和可持续利用(BIOTA-FAPESP)。

罗德里格斯是巴西圣保罗大学生物科学研究所(IB-USP)的正教授,并负责监督罗西托的博士后研究。他也是最近发表的文章的合着者。

“该研究包括对几种脊椎动物的基因组进行调查,包括仅在蛇或地下哺乳动物中发生变化的基因组区域的鉴定,而在其他未失去肢体或眼睛正常的物种中保持不变,”Roscito说过。

“在具有退化视觉系统的哺乳动物中,我们知道有几个基因已经丢失,例如那些与眼睛的晶状体和视网膜的感光细胞相关的基因。这些基因在进化过程中经历了突变。最终,它们完全失去了它们的功能,意味着编码蛋白质的能力。但这并不是蛇所发生的事情,它没有丢失与肢体形成相关的基因。更准确地说,对蛇基因组进行测序的研究确实发现了一个基因的丢失,但仅限于因此,我们在研究中选择的方法包括不是调查基因,而是调查基因表达的元素。“

基因表达依赖于基因所含信息的调控元件转录成RNA(核糖核酸),然后转化为蛋白质。该过程受顺式调节元件(CREs)调节,顺式调节元件是位于它们调节的基因附近的DNA(脱氧核糖核酸)中的核苷酸序列。CREs控制基因表达的时空和定量模式。

“调节元件可以激活或抑制基因在生物体的某一部分中的表达,例如肢体,而不同的调节元件可以激活或抑制相同基因在不同部分的表达,例如如果基因丢失,它就不再在两个地方表达,往往会对生物的形成产生负面影响。

然而,如果只有一个调控元素丢失,表达可能会在一个部分消失,而在另一个部分则保守,“Roscito解释说。

Tegu蜥蜴

从计算的角度来看,CREs不像基因那样容易识别。基因具有特征语法,碱基对显示基因的开始和结束位置。这不是CRE的情况,因此必须间接识别它们。这种鉴定通常基于许多不同物种中DNA序列的保守性。

“为了检测蛇中特定序列的差异,有必要将蛇的基因组与各种爬行动物和其他完全发育的四肢脊椎动物的基因组进行比较。具有发育良好的肢体的爬行动物的基因组序列很少,所以我们测序和组装完全有肢的tegu蜥蜴(Salvator merianae)的基因组。这是有史以来测序的第一个teiid谱系物种,“作者说。

“使用tegu基因组作为参考,我们创建了几个物种的基因组的比对,包括两条蛇(蟒蛇和蟒蛇),三种其他有肢爬行动物(绿色蜥蜴,龙蜥蜴和壁虎),三只鸟,鳄鱼,三只海龟,14只哺乳动物,一只青蛙和一种腔棘鱼。这29个基因组的比对被用作所有进一步分析的基础。“

研究人员确定了5,000多个DNA区域,这些区域被认为是几个物种中的候选调控元素。然后,他们使用文章中详细描述的巧妙技术程序搜索了大型数据库,并获得了一组CRE,其突变可能导致蛇的祖先四肢消失。

“有一些研究涉及一个众所周知的调节因素,它调节一种基因,当它被修饰时,会导致肢体出现各种缺陷。蛇在这种CRE中有突变。在2016年发表的一项研究中,小鼠CRE被蛇形虫取代这是一种可能导致蛇类肢体丧失的机制的功能性证明。然而,这种CRE只是控制肢体形成的几种基因之一的调节元素之一,“Roscito说。

“我们的研究扩展了一组CREs。我们发现负责调节许多基因的其他一些调控元素在蛇中发生了突变。签名更为全面。整个信号级联受到影响。”

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