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一個關鍵基因有助于解釋有袋動物進化過程中滑翔能力是如何反復出現的

基因


一個關鍵基因有助于解釋有袋動物進化過程中滑翔能力是如何反復出現的


利用其翼展膜在空中滑翔，翼展膜是一種薄的皮膚膜，可以讓一些哺乳動物在空中翱翔 。來源：Joe MacDonald
據貝勒醫學院：人們說“當豬飛起來”來形容不可能的事情 。但是，即使大多數哺乳動物都是陸棲動物，在哺乳動物的進化過程中，從蝙蝠到飛松鼠，滑翔或飛行的能力也一次又一次地進化 。這是怎么發生的？
在本周發表在《自然》雜志上的一項研究中，由普林斯頓大學和貝勒醫學院領導的一個研究小組解釋了patagium的基因組和發育基礎 ， patagium是一種薄的皮膚膜，可以讓一些哺乳動物物種在空中翱翔 。
普林斯頓大學分子生物學助理教授、共同通訊作者Ricardo Mallarino博士說：“我們不太清楚從分子和遺傳學的角度來看，新的特征和適應是如何產生的 。我們想研究進化上的新事物是如何產生 ?！?。
為了更好地了解patagium的進化，研究小組將重點放在了有袋動物身上 。這是因為滑翔的能力在親緣關系密切的有袋動物中反復發展，使用了類似的解剖變化，比如糖滑翔機——一種小到可以放進口袋的小型有袋動物，作為外來寵物很受歡迎 。
貝勒團隊領導了15種有袋動物的基因組測序，確定了滑翔物種及其非滑翔親屬的DNA序列 。比較這些序列可以發現在一種名為Emx2的基因附近進化加速 。
“有趣的是 ， 基因序列本身似乎并不是發生最相關變化的地方 。相反，關鍵的變化發生在基因組附近的短DNA序列中，稱為‘增強子’ 。
“正是這些不斷變化的增強子改變了Emx2在體內的活動方式和位置，并推動了滑翔的進化 ， ”共同通訊作者、分子和人類遺傳學教授、貝勒基因組結構中心主任Erez Lieberman-Aiden博士說 。
Mallarino實驗室的研究生、第一作者之一Jorge Moreno說：“了解在基因組水平上發生的導致這些趨同特征的潛在變化很重要，因為它可以告訴我們進化是否以抵抗力最小的路徑為目標 。你可以有相同的結果，但實現這一目標的路徑不同 。” 。
接下來，研究人員想測試這些想法 。為了做到這一點，他們使用了有袋動物最獨特的特征之一——它們的育兒袋 。貝勒大學分子與人類遺傳學助理教授、萊斯大學理論生物物理中心研究員Olga Dudchenko博士說：“有袋喬伊出生的發育階段比典型的哺乳動物早得多 。” 。
“它們沒有在母親的子宮里繼續發育，而是爬進母親的育兒袋 ， 一直呆在那里，直到準備好獨立應對世界 。它們就在育兒袋里，這使得研究Emx2等單個基因如何影響有袋動物的發育變得容易得多 。”
研究人員利用可能存在于所有哺乳動物中的基因程序表明，Emx2產生了有袋動物的patagium 。例如，Emx2在小鼠和糖滑翔機兩側的皮膚中都有活性，但在糖滑翔機中，它的表達時間要長得多 。
正如同樣在貝勒基因組結構中心的Dudchenko所指出的 ， “通過修改這些關鍵的Emx2增強子 ， 一個又一個物種利用了這一通用程序來發展滑翔能力 ?！?br>對于希望登上天空的豬來說，這是一個令人鼓舞的消息 。