Cell：我国科学家利用蛇的基因组揭示了它们过去的穴居生活和对地表生活的重新适应

在一项新的研究中，来自中国科学院等研究机构的研究人员对14种蛇进行了染色体水平的组装，为研究蛇类的进化构建了一种高分辨率的参考基因组。他们详细介绍了利用他们的测序数据取得的一系列广泛的发现。相关研究结果于2023年6月19日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development”。

利用PacBio公司和牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technology）公司的测序仪的长读能力，这些作者能够为来自12个不同科的14种蛇构建一份完整的基因组草图。他们随后使用了华大基因（BGI）公司和Illumina平台的测序仪，获得了更短的更高质量的读取长度。他们随后使用Hi-C读取数据在染色体水平上对这些读取片段进行组装。

这些作者随后将他们收集的数据与之前测序的蛇、蜥蜴、乌龟、鳄鱼、鸟和小鼠的基因组一起进行了分析。从多种性状相关基因的丢失、添加和保留中构建了蛇的进化图谱。

根据分析估计的分歧时间表明，蛇起源于大约1.18亿年前的白垩纪早期，在6500万年前的大灭绝事件后经历了快速的多样化。

无腿长身的标志性性状与所有新测序的蛇基因组中观察到的蛇特异性基因缺失是一致的。蛇类较长的身体也影响了诸如肺部之类的内部器官的形状。左肺通常是没有的，残留的，或存在，但比右肺小。一个在左右对称性产生中起重要作用的编码动力蛋白（dynein）的基因在蛇中缺失，13个与肺部发育有关的基因有序列插入，这可能改变它们调节肺部发育的方式。

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.030。

蛇类视觉系统的变化见于几个丢失的感光细胞相关的编码基因。15个感光细胞相关基因的表达在蛇的眼睛里明显上调。这些作者认为，早期蛇类在回到光线充足的地表栖息地之前，经历了一个漫长的低光穴居期。在这种情况下，蛇眼的结构和功能会通过上调已保留下来的基因来重新适应地表的光线。

蛇类的三个品系---蝮蛇（pit vipers）、蟒蛇（pythons）和王蛇（boas）---都拥有专门的对温度敏感的红外感应器官和三叉神经。他们的分析显示，在对热有细胞反应的活性基因周围，非编码基因存在趋同的重新利用。

对调节听觉的基因的观察表明基因缺失与蛇类缺乏听觉范围和一些声音感知有关。同时，额外的基因调节因子的进化可能与内耳特化和低频听力有关。听力的这种转变也常见于穴居动物，进一步表明它们以前有地下的祖先。

除了对蛇类进化和多样化的新见解外，这些高质量的数据收集已公开，无疑将成为未来爬行动物生物学研究的一个可靠的参考基因组来源。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Changjun Peng et al. Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.030.

2. Snake genome reveals burrowing past and re-adaptation to surface life
https://phys.org/news/2023-06-snake-genome-reveals-burrowing-re-adaptation.html