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张国捷课题组揭示吸血蝙蝠专门以吸血为食的演化适应机制
2018-03-08 | 作者:熊子军,赵若苹 | 来源:生物多样性基因组学研究 | 【小  大】【打印】【关闭】

  吸血蝙蝠,是专门以血液为食的蝙蝠。是哺乳类唯一专门以血液为食的类群。血液里边不仅含有大量的细菌和病毒,而且营养物质也极度缺乏——碳水化合物和维生素太少,盐含量过多。专门以血液为食对物种生存是一个极大的挑战。 

  张国捷团队的研究表明,吸血蝙蝠演化出了专性食血的特殊适应。研究人员对普通吸血蝙蝠(拉丁名:Desmodus rotundus)进行了全基因组测序,并组装出了高质量的基因组序列,同时也对吸血蝙蝠的肠道微生物进行了宏基因组测序。对吸血蝙蝠基因组和肠道微生物组的分析发现,尽管吸血蝙蝠的基因组大小和其它发表的蝙蝠基因组大小相近,但是相比于其它蝙蝠,吸血蝙蝠含有更多拷贝的MULE-MuDR转座元件。这些转座元件富集在和免疫系统、病毒防御和脂类维生素代谢等功能有关的基因区域,其拷贝数量是其它蝙蝠的两倍。MULE-MuDR转座元件有着高的诱变能力,可能是吸血蝙蝠中免疫和代谢功能相关基因能快速演化的原因,也为吸血蝙蝠能迅速适应以血液为食所带来的挑战提供了一种可能的解释机制。 

  吸血蝙蝠的肠道菌群和其它食肉性、食虫性、食果性的蝙蝠的肠道菌群有着极大的不同。有大量的肠道微生物类群是吸血蝙蝠特有的。研究人员在吸血蝙蝠肠道微生物组发现了一些特殊的基因,这些基因能够帮助吸血蝙蝠最大化地吸收利用碳水化合物,从而克服专性食血带来的挑战。例如包含一些能够合成维生素的酶,而维生素从血液中很难直接获取到。此外,吸血蝙蝠肠道菌群还包括特殊的基因帮助它分解代谢血液饮食里边的尿素和氮素等垃圾。令人惊讶的是,吸血蝙蝠肠道菌群包括超过280种可以导致哺乳动物疾病的细菌种类,这些致病菌大多数是通过食血行为传播过来的,而吸血蝙蝠肠道中的保护细菌,例如地中海拟无枝菌酸菌(Amycolatopsis mediterranei)等,可以产生抗病原体的化合物,帮助它们提高抵御结合在血液中的致病菌的侵袭,从而免于疾病的危害。 

  本项研究揭示了同时研究基因组和肠道微生物组在解析物种特殊食性的演化适应的重要性。从共生功能体(holobiont)的角度,把宿主基因组和肠道菌群看做一个整体,两者相互作用,相互影响,相互依存。共生功能体的研究能更全面地阐述物种特殊复杂性状的演化适应。 

  相关研究成果于2月19日在线发表在国际著名杂志Nature Ecology & Evolution上。哥本哈根大学博士生Lisandra Zepeda和张国捷团队的熊子军为文章共同第一作者。该研究得到了中国科学院,国际万种脊椎动物基因组计划等项目的支持。 

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41559-018-0476-8 

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