姜雨教授团队参与的反刍动物基因组项目在《科学》同一期发表三篇论文

来源:党委宣传部 | 作者:李晓春 张晴 | 发布日期:2019-06-22 | 阅读次数:

  我校姜雨教授团队联合西北工业大学生态与环境保护探究中心王文教授团队及国内外20多个大学、研究所,新近完成了反刍动物基适应与演化基因组研究项目,测定了47个反刍动物的基因组,结合转录组数据、功能实验,深入研究了反刍动物适应演化机制。6月21日,相关结果以研究长文(Research article)的形式在国际学术期刊《科学》同一期发表了3篇论文,并以“反刍动物基因组”为专栏,登上了当期《科学》封面。

  其中我校作为第一作者单位发表了《反刍动物角发生发育和鹿茸快速再生的遗传基础》,我校有12人参与了该论文,研究生王禹,王妮妮,赵越为共同第一作者,包括研究生潘香羽、郑竹清、窦鸣乐、彭述军、刘靖、李鸣、宋成创、赵琛等参与研究人员和共同通讯作者姜雨教授。我校作为第二作者单位参与发表了《大规模全基因组测序揭示了反刍动物演化背后的遗传机制》,有7人参与了该项研究:姜雨教授为共同第一作者,包括博士研究生付玮玮、潘香羽、王禹和硕士研究生赵越、魏斌以及博士后李冉。

  反刍亚目是大型陆地哺乳动物中最成功的一类,有超过200种现存的物种,具有非常丰富的多样性特征。同时反刍动物演化出了极为特殊的生物性状,比如反刍动物的多室胃和骨质角,是反刍动物独具的重要创新性器官。其多胃室能高效代谢纤维素,也就是经常说的牛“吃进去的是草,挤出来的是奶”。反刍动物在生物演化学研究上有着重要地位,对人类文明的起源和发展也起到了重要作用。重要的大型家畜包括黄牛、水牛、牦牛、山羊和绵羊等的驯养,为人类提供肉制品、奶制品和皮毛制品等,是人类社会和经济的主要柱石。

  其中以西北工业大学为第一单位,我校为第二单位的研究论文《大规模全基因组测序揭示了反刍动物演化背后的遗传机制》,厘清了关于反刍动物系统发育进化的长久争议。基于全基因组大数据,构建了目前可信度最高的反刍动物物种进化树,明确了在科水平的分类上,叉角羚科和长颈鹿科是互为姐妹群的关系,是最早分化出来的有角下目物种,而麝科是和牛科的关系最近;在牛亚科内部的系统发育关系上,厘清了苇羚亚科、羊亚科、狷羚亚科和短角羚亚科之间的关系。通过分析反刍动物各物种的群体历史,发现一半以上的物种在10万年前种群数量开始大幅度降低,这表明更新世末期哺乳动物大灭绝事件可能比之前预估的还要严重。特别是在不同大陆上很多反刍动物种群数量减少发生的时间与人类走出非洲后的扩散时间有明显的相关性,可能反应了人类和反刍动物在10万年前就有了交集,人类活动可能是更新世末期反刍动物数量大幅减少的一个因素。

  该论文通过对反刍动物基因组演化的进一步分析,发现反刍动物代谢和免疫过程相关基因发生了很多变化。比如与代谢相关的溶菌酶、脂类、糖类、蛋白质代谢的基因经历了扩张、正选择和快速进化,这些变化可能促进了反刍动物对复杂环境、食物的适应能力,可能是反刍动物能适应不同大陆、不同生态环境的一个重要原因。对于具有卓越运动能力的叉角羚和羚羊亚科动物,研究结果发现,它们都在线粒体呼吸链的一些基因上发生了独特的变异,线粒体呼吸链是哺乳动物提供能量的主要生化反应,这些变化了的基因可能为叉角羚和羚羊快速奔跑保障了快速的能量供应。 论文产生的大量宝贵数据,将为未来反刍动物,乃至哺乳动物和人类健康的研究提供珍贵的数据和参考。


反刍动物的物种发育树

  原文链接:https://science.sciencemag.org/content/364/6446/eaav6202

  Science还同期发表了多篇评论员文章,指出这些研究使用基因组分析来解决主要反刍动物谱系之间的进化关系,确定参与角发育和进化的基因通路,并研究驯鹿如何适应北极地区漫长的日夜。这些研究使我们能够更好地了解熟悉的牛,羊和鹿及其野生近缘种,并深入了解占据世界草原的羚羊,长颈鹿,野牛和叉角羚的适应性。


反刍动物所包含的六个科的物种世界分布

  对三篇论文的评论文章链接:https://science.sciencemag.org/content/364/6446/1130/tab-pdf


编辑:张晴     终审:闫祖书