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今日《科学》不仅关注了单细胞研究技术,也重点关照了蛇类进化生物学研究,发表数篇介绍性新闻文章,尤其重点介绍了采用进化分子生物学对两类独特的蛇类研究的结果,其中一个是关于蟒蛇饮食对基因表达的影响,另一个是关于毒蛇毒素基因表达的特征研究,这些研究受到众多进化生物学家称赞。因为这不仅对我们理解蛇类,而且给进化生物学研究也提供了重要的研究数据。
当两个研究小组决定分析蛇的基因序列时,他们不约而同地选择了最特殊的种类作为他们的研究对象。一个小组选择了眼镜王蛇,是世界上最大也是最毒的有毒蛇。另一个小组选择了缅甸蟒蛇,这种蛇无毒,但具有特殊的饮食习惯,一年内吃三五次饱饭就可生存下来。两个小组都发表了他们关于蛇基因序列的研究结果,并发现了这些蛇特殊性状产生的分子基础。缅甸蟒蛇在饱餐可将代谢速度加快到平常的40倍,在3天内一些重要器官如肾脏、肝脏和消化道大小可增加一倍。眼镜王蛇的基因组,简直就是一套专门为产生一套复杂、强毒混合蛋白强大基因机器。两篇文章都已经在线发表在PNAS上。
现在只有两类蛇的基因组被测序。眼镜王研究小组的英国班戈大学的Nicholas Casewell教授认为,研究蛇的科学家已经研究了各种各样的蛇,但加入进化分子生物学研究的行列比较迟后。缅甸蟒蛇研究是由美国德克萨斯大学Todd Castoe教授领导的小组完成的。他们的研究聚焦于缅甸蟒蛇吃饭后基因表达变化。这种缅甸蟒蛇原来生活在东南亚,最近被发现入侵到美国佛罗里达沼泽地。他们对吃饭前后吃饭后1天和4天缅甸蟒蛇的心脏、肾脏、小肠和肝脏基因表达进行检测。结果发现基因表达的变化之大让人吃惊,大约50%的基因表达在吃饭后48小时(2天?)发生剧烈变化。哈弗大学进化生物学家Scott Edwards对这一文章十分推崇,因为这一研究给科学家提供了大量分析蛇如何适应生理状态的基因变化数据。
研究人员对7552个眼镜王蛇和蟒蛇的单拷贝基因和其他陆地脊椎动物的序列进行了比较,结果发现蛇的基因组变化非常巨大,这可能是蛇类拥有独特生活方式的基因基础。
眼镜王蛇生活在印度、中国和东南亚地区,科学研究这个蛇重点关注其蛇毒的基因表达变化,眼镜王蛇毒是由73种不同分子大小的肽和蛋白组成的混合毒素。他们对眼镜王蛇的毒腺和副腺的基因表达情况进行了分析。在发表的论文the two glands have very different gene activity patterns.中,科学家报道了副腺虽然不能分泌毒素,但可以制造许多不同类型的凝集素,这些凝集素可以和碳水化合物结合。有的蛇毒,毒性凝集素是蛇毒液的一部分。但眼镜王蛇凝集素不会进入毒液。那么副腺对眼镜王蛇有何意义?凝集素有什么用处?Casewell说目前确实一点都不清楚。
眼镜王蛇的毒腺有20个基因负责产生毒素。科学家发现,这些基因在其他器官也曾经或继续被蛇使用。这些可怕的有毒蛋白通过基因突变变成武器。比较常见的方式是这些基因突变的类型很多,使之产生复杂的毒性混合物(这听上去有点类似抗体产生的进化方式)。
在生物进化的竞赛跑道上,蛇类获得了一些特有的法宝。眼镜王蛇获得了可以避免被自己毒液杀死的工具,这对毒蛇来说,这种基因竞赛十分关键,如果自己的对抗毒性的能力不够强大,很有可能被其他毒蛇毒死。
美国加洲大学伯克利分校的进化生物学Jimmy McGuire认为这一研究十分精彩。Vonk, Castoe强调说这只是一个开始,另外10种蛇的基因组研究不久将会发表。
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GMT+8, 2025-3-11 19:22
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