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施鹏课题组发现蝙蝠适应性复杂性状回声定位“一次起源”的新证据
2022-03-22 来源:进化与功能基因组学学科组 作者:
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  一直以来,对动物适应性复杂性状起源问题的研究很大程度上依赖于化石证据,但由于化石形成和发现的偶然性,化石形态数据的有限性等因素的限制,在大部分情况下很难对动物适应性复杂性状起源的时间和演化路径做出明确的判断,其中一个典型案例是回声定位何时以及如何在蝙蝠中起源和演化的。有些化石证据支持回声定位起源于蝙蝠共同祖先(“一次起源”假说),而有些化石证据则支持回声定位独立起源于不同的回声定位蝙蝠支系(“多次起源”假说)。 

  中国科学院昆明动物研究所施鹏课题组一直致力于从适应性分子进化理论出发,综合利用比较基因组学、功能基因组学和进化遗传学等方法,对回声定位适应性复杂性状进行系统性的研究,取得了一系列具有国际影响的原创性成果(He et al. 2021 Science; Liu et al. 2018 Science Advance; Li et al. 2017 Molecular Biology and Evolution; Liu et al. 2014 Molecular Biology and Evolution)。针对上述问题,施鹏课题组结合一系列进化分析、功能实验以及转基因小鼠的生理检测,支持了回声定位在蝙蝠类群中“一次起源”的假说,为进一步揭示回声定位的分子遗传机制奠定了重要的基础。 

  研究人员首先对蝙蝠祖先支(LCAB)、不具备回声定位能力的旧大陆果蝠祖先支(LCAP)等不同的祖先支系与具有回声定位能力的齿鲸(Toothed whales)进行了分子趋同进化分析。结果发现,与LCAP不同,听觉相关基因在LCAB与齿鲸之间具有显著的趋同演化信号。同时,通过重构LCABLCAP的回声定位相关基因prestin发现,与LCAP相比,LCABprestin功能与现生回声定位蝙蝠更相似。更重要的是,与LCAB-prestin基因敲入小鼠相比,LCAP-prestin基因敲入小鼠的高频听力明显下降。总之,该研究综合分子趋同分析、细胞功能实验、转基因小鼠听觉能力检测等多方面的证据,支持了回声定位起源于蝙蝠共同祖先,并且在现生回声定位蝙蝠类群中经历了趋异演化。 

  该研究论文以“Molecular convergence and transgenic evidence suggest a single origin of laryngeal echolocation in bats”为题发表在iScience上(https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)00384-4)。中国科学院昆明动物研究所刘振研究员、博士生陈鹏、许东明副研究员和祁飞燕博士为论文的共同第一作者,施鹏研究员为论文的通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金委、中国科学院、云南省科技厅等项目的资助。 



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