从蝙蝠到鼯鼠 新研究揭示哺乳动物如何进化出滑翔能力

从蝙蝠到鼯鼠新研究揭示哺乳动物如何进化出滑翔能力一项研究通过确定Emx2基因附近DNA增强子的关键变化，揭示了哺乳动物（尤其是有袋动物）滑翔能力背后的遗传基础，表明不同物种发展飞行能力的共同进化策略。资料来源：乔-麦克唐纳这是如何形成的？在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，由普林斯顿大学和贝勒医学院领导的研究小组解释了"皮膜"的基因组和发育基础。"皮膜"是一层薄薄的皮膜，它使一些哺乳动物能够在空中翱翔。"从分子和遗传学的角度来看，我们还不太了解新的性状和适应性是如何产生的。"普林斯顿大学分子生物学助理教授RicardoMallarino博士说："我们想研究进化的新特性是如何产生的。"为了更好地了解有袋类动物的进化，研究小组重点研究了有袋类动物。这是因为滑翔能力是通过类似的解剖学变化在近亲有袋类动物身上反复发展出来的，比如蜜袋鼯--一种小到可以装进口袋的有袋类动物，作为一种宠物很受人们的欢迎。贝勒研究小组领导了15种有袋类动物的基因组测序工作，确定了滑翔类动物和非滑翔类动物的DNA序列。比较这些序列发现，一个名为Emx2的基因附近的进化速度加快。"有趣的是，基因序列本身似乎并不是发生最相关变化的地方。相反，关键的变化发生在基因组附近被称为'增强子'的DNA短序列上。"共同通讯作者、贝勒大学分子和人类遗传学教授兼基因组结构中心主任埃雷兹-利伯曼-艾登博士说："正是这些不断变化的增强子改变了Emx2在体内活跃的方式和位置，并推动了滑行的进化。"马拉里诺实验室的共同第一作者、研究生豪尔赫-莫雷诺（JorgeMoreno）说："了解基因组水平上产生这些趋同性状的潜在变化非常重要，因为它能告诉我们进化是否选择了阻力最小的路径。可以有相同的结果，但却有不同的路径。"接下来，研究人员想要验证这些想法。为此，他们利用了有袋类动物最独特的特征之一--它们的小袋。贝勒大学分子和人类遗传学助理教授、莱斯大学理论生物物理中心研究员奥尔加-杜德琴科（OlgaDudchenko）博士说："有袋类动物出生时的发育阶段比典型的哺乳动物要早得多。它们不是在母亲的子宫里继续发育，而是爬进母亲的育儿袋，一直待到它们准备好独立面对这个世界。事实上，它们就在袋中，这使得研究单个基因（如Emx2）如何影响有袋动物的发育变得更加容易。"研究人员发现，Emx2利用一种可能存在于所有哺乳动物体内的遗传程序产生了有袋动物的皮囊。例如，Emx2在小鼠和蜜袋鼯两侧的皮肤中都很活跃，但在蜜袋鼯中，它的表达时间要长得多。贝勒大学基因组结构中心的杜德琴科指出："通过修改那些关键的Emx2增强子，一个又一个物种开发出了这种通用程序，从而发展出了滑行能力。"对于希望冲上云霄的猪来说，这是一个令人鼓舞的消息，有朝一日它们可能不需要风口了。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428867.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428867.htm

哺乳动物的生命之树重新定义：基因组时间机器追溯1亿年的进化历程

哺乳动物的生命之树重新定义：基因组时间机器追溯1亿年的进化历程这项研究于4月28日发表在《科学》杂志上，是Zoonomia项目发布的一系列文章的一部分，该项目是一个由来自全球各地的科学家组成的联合体，正在使用历史上最大的哺乳动物基因组数据集来确定人类基因组在哺乳动物进化史中的进化历史。他们的最终目标是更好地确定人类和其他物种的性状和疾病的遗传基础。德州农工大学的研究--由兽医综合生物科学系教授WilliamJ.Murphy博士和Murphy实验室的副研究科学家NicoleFoley博士领导--植根于系统发育学，这是生物学的一个分支，涉及生物和已灭绝生物的进化关系和多样性。弗利在研究中的努力产生了迄今为止世界上最大的哺乳动物系统发育树。哺乳动物生命树"描绘了1亿多年来哺乳动物的进化过程，对Zoonomia项目的目标至关重要。"核心论点是关于胎盘哺乳动物（在胎盘内发育的哺乳动物）是在消灭了非鸟类恐龙的白垩纪-古生代（或K-Pg）大灭绝事件之前还是之后分化的，"Foley分享道。"通过进行新型的分析，只有在Zoonomia的巨大范围内才有可能，我们回答了哺乳动物在哪里以及何时与K-Pg大灭绝有关的多样化和进化的问题。这项研究与加州大学戴维斯分校、加州大学河滨分校和美国自然历史博物馆的合作者共同进行--得出结论，哺乳动物在K-Pg大灭绝之前就开始了多样化，这是大陆漂移的结果，大陆漂移导致地球上的陆块在数百万年内漂移开来又重新聚集在一起。另一个多样化的脉冲紧随恐龙的K-Pg灭绝之后发生，当时哺乳动物有更多的空间、资源和稳定性。这种加速的多样化速度导致了哺乳动物品系的丰富多样性--如食肉动物、灵长类动物和有蹄类动物今天共享地球。研究得到了美国国家科学基金会的资助，是由布罗德研究所的埃莉诺-卡尔松和克尔斯廷-林德布莱德-托领导的Zoonomia项目的一部分，该项目还比较了哺乳动物的基因组，以了解显著表型的基础--某些基因的表达，如棕色与蓝色眼睛--以及疾病的起源。尼科尔-弗利和威廉-墨菲博士Foley指出，胎盘哺乳动物之间的多样性既表现在它们的身体特征上，也表现在它们的非凡能力上。"今天的哺乳动物代表了巨大的进化多样性--从微小的大黄蜂蝙蝠的呼啸飞行到巨大的蓝鲸游过地球广阔海洋时的慵懒滑行。"她说："多个物种已经进化出回声定位，一些物种产生了毒液，而其他物种已经进化出抗癌和病毒耐受性。""能够在遗传水平上观察整个哺乳动物物种的共同差异和相似之处，可以帮助我们弄清基因组中对调节基因表达至关重要的部分。在不同的物种中调整这种基因组机制，导致了我们在今天的活体哺乳动物中看到的性状的多样性。"Murphy分享说，福里解决的哺乳动物系统发育问题对Zoonomia项目的目标至关重要，该项目旨在利用比较基因组学的力量作为人类医学和生物多样性保护的工具。"他解释说："Zoonomia项目真的很有影响，因为它是第一个一次性将241种不同的哺乳动物基因组进行配对的分析，并利用这些信息更好地了解人类基因组。把这个大数据集放在一起的主要动力是能够把所有这些基因组与人类基因组进行比较，然后确定人类基因组的哪些部分在哺乳动物的进化历史过程中发生了变化。"确定基因的哪些部分可以被操纵，哪些部分不能被改变而不对基因的功能造成伤害，这对人类医学很重要。墨菲和弗利的同事之一，德克萨斯农工大学的遗传学家ScottDindot博士最近在《科学转化医学》杂志上的一项研究，使用比较基因组学方法开发了一种分子疗法来治疗安吉尔曼综合症，这是一种毁灭性的罕见神经遗传疾病，由大脑中的母体UBE3A基因的功能丧失引发。明确地回答关于哺乳动物起源时间的激烈争论，并产生一个扩大的系统发育，为未来几代研究人员奠定基础，这既是有意义的，也是有收获的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357527.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357527.htm

基因组研究支持反刍动物角和鹿角的进化过程不是独立的假设

基因组研究支持反刍动物角和鹿角的进化过程不是独立的假设作为小路易斯·格斯特纳(LouisV.Gerstner,Jr.)核心藏品的一部分，博物馆的理查德·吉尔德科学、教育和创新中心展出了各种各样的哺乳动物头饰。图片来源：AlvaroKeding/AMNH这一发现由美国自然历史博物馆、巴鲁克学院和纽约市立大学研究生中心的研究人员发表在《通讯生物学》杂志上。“角和鹿角是极其多样化的结构，长期以来，科学家们一直在争论它们的进化起源，”巴鲁克学院和纽约市立大学研究生中心的助理教授、博物馆的研究员扎卡里·卡拉马里（ZacharyCalamari）说。“这项基因组研究不仅让我们更接近解决进化之谜，而且还帮助我们更好地了解所有哺乳动物的骨骼形成方式。”大约有170种现代反刍有蹄哺乳动物物种带有头饰，化石记录中的数量还有更多。我们今天看到的头饰有四种类型：鹿角、角、骨角和叉角，它们有多种用途，包括用于防御、识别该物种的其他成员和交配。直到最近，科学家们还不确定这些不同的骨制头饰是在每个反刍动物群体中独立进化的，还是来自共同的祖先。研究作者扎卡里·卡拉马里（ZacharyCalamari）在美国自然历史博物馆扫描麋鹿头骨。图片来源：MattShanley/AMNH作为比较生物学博士。作为博物馆理查德·吉尔德研究生院的学生，Calamari开始使用基因组和基于计算机的3D形状分析来研究这个问题。卡拉马里与博物馆的弗里克哺乳动物化石馆长约翰·弗林合作，专注于对头饰的转录组进行测序，转录组是在特定时间在组织中表达的基因。他们的研究支持这样一种观点，即所有反刍动物头饰的形式都是从一个共同的祖先进化而来的，是动物“前额”（头骨额骨附近的区域）的成对骨质生长物。弗林说：“我们的研究结果提供了更多证据，证明角是由颅神经嵴形成的，颅神经嵴是形成面部的胚胎细胞层，而不是由形成头部两侧和后部骨骼的细胞形成。令人惊讶的是，这些细胞与形成鹿角的细胞相同。与其他骨骼和皮肤组织“对照”相比，牛角和鹿角的独特基因表达模式提供了令人信服的证据，证明这些壮观的骨骼结构的基本方面与古代祖先的共同起源。”通过将新测序的牛角转录组与鹿茸和猪皮转录组进行比较，Calamari和Flynn首次利用转录组证实，头饰中的家族特异性差异很可能是随着从共同祖先遗传的一般骨骼结构的阐述而进化而来的。卡拉马里说：“除了支持角和鹿角单一起源的基因表达模式之外，我们的结果还表明这些结构中基因表达模式的调节可能与其他骨骼不同。这些结果帮助我们了解角和鹿角的进化历史，并可能表明其他反刍动物颅附属物（如骨角和叉角羚）的差异也是对共同祖先颅附属物的阐述。”编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432506.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432506.htm

科学家首次整理出品类全面的穿山甲基因组资源

科学家首次整理出品类全面的穿山甲基因组资源一项新的研究为穿山甲提供了一个完整的基因组数据库，有助于保护它们。这项研究对多个物种进行了测序，深入了解了它们的进化过程，并将有助于追踪穿山甲的非法贸易。穿山甲由八个现存物种组成，近年来引起了公众的极大关注，保护工作也在不断进行。这主要是因为穿山甲是地球上被贩卖最多的野生哺乳动物，而且最近有人认为它们可能与COVID-19大流行病有关（当然这是不正确的）。穿山甲基因组学的意义尽管穿山甲的保护形势严峻，但对它们的研究仍然不足，在基础物种或种群研究方面仍存在很大差距。研究人员现在越来越重视野生动物研究中的基因组学，因为基因组学提供的数据可以更准确地了解物种或种群的划分、人口信息、多样性、历史轨迹以及动物对全球变化的适应能力。更不用说它在追踪非法交易个体的来源方面的潜力，以便更好地确定偷猎热点和破坏贩运网络。最近在《分子生物学与进化》（MolecularBiologyandEvolution）杂志上发表的一篇文章为穿山甲提供了一个全面的基因组数据库，这对保护穿山甲至关重要。穿山甲是世界上被贩卖最多的野生哺乳动物，分布在亚洲和非洲，一直面临着捕猎和栖息地破坏的威胁。这项研究对穿山甲的研究历来不足，它通过对多个穿山甲物种的测序填补了这一重大空白，甚至确定了一个潜在的新物种。图片来源：DarrenPietersen/《分子生物学与进化》穿山甲基因组研究面临的挑战获取穿山甲的全基因组信息是一项具有挑战性的任务。首先，穿山甲物种之间的地理隔离和有限的化石记录构成了方法上的障碍。亚洲和非洲的穿山甲物种大约在3790万年前分化，因此，如果使用遥远物种的参考基因组，就很难真正了解穿山甲类群的进化过程。其次，穿山甲的行为难以捉摸，而且分布在热带地区，因此基因采样既昂贵又耗时。研究结果和意义研究人员对原产于非洲的巨型穿山甲的首个参考基因组进行了测序、组装和注释，还对黑腹穿山甲、南非穿山甲、印度穿山甲和菲律宾穿山甲的基因组进行了测序和组装。这些新的基因组数据，连同以前发表的关于其余三个物种--白腹穿山甲、巽他穿山甲和中国穿山甲--的信息，提供了第一套完整的穿山甲基因组。在此过程中，研究人员还从之前公布的基因组数据中发现了一个潜在的穿山甲新物种。研究人员认为，这些信息最终将提供穿山甲随着时间推移如何应对不断变化的环境条件而进化的完整信息，将为未来几年如何通过保护优先事项和管理计划来有效保护这些动物提供重要信息。研究成果还将有助于开发追踪穿山甲贸易的DNA工具包。论文作者之一肖恩-海顿（SeanHeighton）说："这项研究的作者来自非洲、亚洲和欧洲，他们的合作方式使我们首次能够从全基因组的角度深入研究穿山甲在所有八个物种中的进化。我们希望这些基因组将成为进一步开展基因研究的基础，从而有助于保护这些动物"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388301.htm

科学家从章鱼视觉系统的地图中发现大脑进化的新线索

科学家从章鱼视觉系统的地图中发现大脑进化的新线索章鱼大脑的荧光图像显示不同的不同类型的神经元的位置信用：Niell实验室他们在一篇新的科学论文中列出了章鱼视觉系统的详细地图。在该地图中，他们对大脑中专门用于视觉的部分的不同类型的神经元进行了分类。这一结果对其他神经科学家来说是一个宝贵的资源，提供了可以指导未来实验的细节。此外，它还可以让我们更广泛地了解大脑和视觉系统的进化情况。该团队今天（10月31日）在《当代生物学》杂志上报告了他们的发现。CrisNiell在俄亥俄大学的实验室研究视觉，主要是在小鼠身上。但是几年前，博士后JuditPungor给实验室带来了一个新物种--加州双点章鱼。尽管传统上它并不被用作实验室的研究对象，但这种头足类动物很快就引起了俄亥俄大学神经科学家的兴趣。与小鼠不同，小鼠并不以拥有良好的视觉而闻名，"章鱼有一个惊人的视觉系统，它们的大脑中有很大一部分专门用于视觉处理，"Niell说。"它们的眼睛与人类的眼睛非常相似，但在那之后，大脑就完全不同了。"章鱼和人类的最后一个共同祖先是在5亿年前，此后，这些物种在非常不同的环境中进化。因此，科学家们不知道视觉系统的相似之处是否超出了眼睛的范围，或者章鱼是否反而使用了完全不同种类的神经元和大脑回路来实现类似的结果。"看到章鱼的眼睛如何与我们的眼睛相似地进化，思考章鱼的视觉系统如何能够成为更普遍地理解大脑复杂性的模型是一件很酷的事情，"Niell实验室的研究生和该论文的第一作者MeaSongco-Casey说。"例如，是否有基本的细胞类型是这种非常聪明、复杂的大脑所需要的？"在这里，研究小组使用遗传技术来确定章鱼视叶中不同类型的神经元，这是大脑中专门用于视觉的部分。他们挑选出六大类神经元，根据它们发出的化学信号进行区分。观察这些神经元中某些基因的活动，然后发现更多的亚型，为更具体的作用提供了线索。在某些情况下，科学家们精确地指出了特定的神经元群在独特的空间排列中--例如，在视叶周围的一圈神经元都使用一种叫做辛胺的分子发出信号。果蝇在活动时使用这种类似于肾上腺素的分子来增加视觉处理。因此，它也许在章鱼中也有类似的作用。"现在我们知道有这种非常特殊的细胞类型，我们可以开始进入并弄清楚它的作用，数据中大约有三分之一的神经元看起来还没有完全发育。章鱼的大脑在动物的生命周期中不断成长并增加新的神经元。这些不成熟的神经元，尚未整合到大脑电路中，是大脑处于扩张过程中的一个标志！"。然而，该地图并没有像研究人员所想的那样，显示出明显从人类或其他哺乳动物大脑转移过来的神经元组。这些神经元并没有相互映射--它们使用不同的神经递质。但是，也许它们正在进行相同种类的计算，只是方式不同。深入挖掘还需要更好地掌握头足类动物的遗传学。参与这项研究的安德鲁-克恩实验室的研究生加比-科芬（GabbyCoffing）说，由于章鱼在传统上没有被用作实验动物，许多用于果蝇或小鼠的精确遗传操作的工具还不存在于章鱼。有很多基因我们不知道它们的功能是什么，因为我们还没有对很多头足类动物的基因组进行排序。如果没有相关物种的基因数据作为比较点，就很难推断出特定神经元的功能。研究团队正在迎接这一挑战。他们现在正在努力绘制章鱼大脑视叶以外的地图，看看他们在这项研究中关注的一些基因如何在大脑的其他地方出现。他们还在记录视叶中的神经元，以确定它们如何处理视觉场景。随着时间的推移，他们的研究可能会使这些神秘的海洋动物不再那么神秘--同时也为我们自己的进化提供一点启示。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331421.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1331421.htm

新技术追踪人类基因组 暴露其有害突变的进化弱点

新技术追踪人类基因组暴露其有害突变的进化弱点他们发现，基因组的一些区域更容易受到突变的影响，表明那里的任何突变都可能产生灾难性或致命的后果。他们的结果可能有助于临床医生寻找严重遗传疾病的原因。Siepel的程序的名称是ExtRaINSIGHT。它通过寻找有害的突变来寻找它们的缺失。人类基因组的每个区域都应该偶然包含突变，然而某些区域却没有突变。Siepel将这些地方称为"超选"。发生的改变可能是致命的，或大大降低繁殖的可能性。"如果我们在一个由十万个人组成的小组中，从未看到某个特定基因的突变，这表明任何发生的突变都是非常有害的，任何携带该突变的人都会从人群中死亡。"科学家们用ExtRaINSIGHT分析了超过7万个人类基因组。他们发现，基因组的三个部分特别容易受到跨代突变的影响。剪接点是其中最敏感的部分。剪接位点帮助产生正确的指令来制造蛋白质。这个区域的突变可能会对基因被传递的可能性产生重大影响，它们与一些疾病有关，包括脊髓性肌肉萎缩症，这是导致新生儿和幼儿死亡的主要遗传原因。Siepel说："如果你看到一个剪接点的突变，你最好认真对待它。仅仅是这个突变就会使你的体质下降1或2%。这听起来不多，但如果你有多个这样的突变，很快你的基因传承的机会就可能接近于零。"被称为miRNA的分子和中枢神经系统的基因也很敏感。"如果你在miRNA中发现一个突变，很有可能它是一种遗传疾病的罪魁祸首，"Siepel说。"而且由于神经系统是如此复杂和相互关联，它似乎对突变特别敏感。"许多遗传性疾病和病症的起源仍然是一个谜。Siepel希望ExtRaINSIGHT这样的技术将有助于揭示它们的起源并指导诊断和未来的治疗。他还希望他的工作将有助于进一步说明突变如何继续塑造人类基因组的进化。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335231.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335231.htm