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

遗传上最小的人工细胞证明了那句经典的"生命会找到出路"

遗传上最小的人工细胞证明了那句经典的"生命会找到出路"“听着，如果进化史告诉我们一件事的话，那就是生命不会被遏制。生活挣脱束缚。它扩展到新的领域，并痛苦地冲破障碍，甚至可能是危险的，但是……生命总会找到出路。”1993年上映的科幻电影《侏罗纪公园》中杰夫·高布伦(JeffGoldblum)饰演的角色伊恩·马尔科姆(IanMalcolm)说道，这部影片讲述了一座拥有活生生恐龙的公园的故事。当然，在进化生物学家JayT.Lennon的实验室周围，你不会发现任何迅猛龙。然而，印第安纳大学伯明顿分校艺术与科学学院生物系教授列侬和他的同事发现，生命确实找到了出路。列侬的研究小组一直在研究一种合成构建的最小细胞，该细胞已被剥夺了除必需基因之外的所有内容。研究小组发现，流线型细胞的进化速度与正常细胞一样快，这证明了生物体的适应能力，即使是具有看似几乎不提供灵活性的非自然基因组。放大15000倍的最小细胞簇的电子显微照片。人工合成的简化细菌——丝状支原体，含有不到500个基因。图片来源：图片由加州大学圣地亚哥分校国家成像和显微镜研究中心的TomDeerinck和MarkEllisman提供列侬说：“生活中似乎有一些东西真的很强大。我们可以将其简化为最基本的要素，但这并不能阻止进化的发挥。”在他们的研究中，列侬的团队使用了合成生物体-蕈状支原体JCVI-syn3B，一种常见于山羊和类似动物肠道中的蕈状支原体细菌的最小化版本。几千年来，寄生细菌在进化到依赖宿主获取营养的过程中自然失去了许多基因。加利福尼亚州J.CraigVenter研究所的研究人员更进一步。2016年，他们从天然蕈状支原体基因组中消除了901个基因中的45%，将其减少到自主细胞生命所需的最小基因组。蕈状支原体JCVI-syn3B的最小基因组包含493个基因，是已知自由生活生物体中最小的。相比之下，许多动植物基因组包含超过20000个基因。原则上，最简单的生物体不会有功能冗余，并且只拥有生命必需的最少数量的基因。这种生物体中的任何突变都可能致命地破坏一种或多种细胞功能，从而限制进化。具有精简基因组的生物体可供正选择作用的目标较少，从而限制了适应的机会。JayT.Lennon图片来源：印第安纳大学摄影尽管蕈状支原体JCVI-syn3B可以在实验室条件下生长和分裂，但Lennon和同事想知道最小的细胞如何随着时间的推移对进化的力量做出反应，特别是考虑到自然选择可以发挥作用的原材料有限，新突变的未表征输入。“基因组中的每一个基因都是必不可少的，”Lennon在谈到蕈状支原体JCVI-syn3B时说道。“人们可以假设，突变没有回旋余地，这可能会限制其进化的潜力。”研究人员确定，蕈状支原体JCVI-syn3B事实上具有极高的突变率。然后他们在实验室中培育它，让它自由进化300天，相当于2000个细菌世代或大约40,000年的人类进化。下一步是进行实验，以确定进化了300天的最小细胞与原始的非最小蕈状支原体以及未进化300天的最小细胞株相比表现如何。在比较测试中，研究人员将等量的待评估菌株放入试管中。更适合其环境的菌株成为更常见的菌株。他们发现，这种细菌的非最小版本很容易击败未进化的最小版本。然而，进化了300天的最小细菌表现得更好，有效地恢复了由于基因组精简而失去的所有适应性。研究人员确定了进化过程中变化最大的基因。其中一些基因参与构建细胞表面，而其他一些基因的功能仍然未知。有关这项研究的详细信息可以在《自然》杂志最近发表的一篇论文中找到。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369825.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369825.htm

奇特的章鱼进化出酷似鹦鹉螺状的贝壳 基因组数据揭示进化的秘密

奇特的章鱼进化出酷似鹦鹉螺状的贝壳基因组数据揭示进化的秘密Argonautaargo，也被称为GreaterArgonaut，是一种生活在热带和亚热带开放海域的章鱼。雌性章鱼生长出了具备保护能力的、螺旋形的、类似贝壳的外壳，可以保护里面的卵。长期以来，研究人员一直想知道这种贝壳的起源。它看起来非常像常见的珍珠鹦鹉螺（Nautiluspompilius）的外壳。这种与章鱼非常遥远的亲戚有一个真正的硬壳，并生活在海底，但这可能只是一个巧合。虽然章鱼的壳和鹦鹉螺的壳是通过分泌蛋白质形成的，但据说它们的形成方式不同，在微观层面上看起来也不一样。这种壳是由外壳演变而来，还是独立发展出来的？通过对该物种的基因组草案进行测序，一个来自日本的研究小组在Masa-akiYoshida和DavinSetiamarga的领导下，试图揭示章鱼的基因组背景，并显示该物种如何适应开放的海洋并获得其外壳。科学家们以前一直避免以章鱼为目标，因为为研究目的在水族馆中饲养这些动物很困难。然而，这里的作者有机会进入日本海的一个地点，是获取新鲜样本的理想地点。这里发现的新的基因组数据提供了与外壳进化与形成有关的几个特征，研究人员在精卫填海中发现了外壳的蛋白编码基因，并发现这些基因中的大部分在远缘物种（包括鹦鹉螺）中没有被用来形成壳。这表明，尽管精明章鱼的远祖很可能有壳，但这些壳并没有进化成现在我们看到的外壳。Yoshida和Setiamarga说："这种章鱼的基因组特别耐人寻味，因为它表明在已知章鱼基因组中报告的合成中断并不是这个群体的普遍特征。我们已经证明，与流行的看法相反，头足类动物不一定表现出独特的基因组进化。我们预计，我们的发现将进一步推动对后生动物、软体动物和头足类动物基因组进化的研究，到目前为止，这类动物的基因组进化在很大程度上仍未得到探索"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332411.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332411.htm

70万年前的毛发奇观：揭开猛犸象进化的基因之纱

70万年前的毛发奇观：揭开猛犸象进化的基因之纱一个研究小组比较了长毛象和现代大象的基因组，以找出是什么使长毛象作为个体和物种变得独特。调查人员今天（4月7日）在《当代生物学》杂志上报告说，长毛象的许多标志性特征--包括它们的毛大衣和大量的脂肪沉积--在最早的长毛象中已经有了基因编码，但是这些特征和其他特征在这个物种70多万年的存在中变得更加明确。他们还确定了一个有几个突变的基因，这些突变可能是造成长毛象微小耳朵的原因。斯德哥尔摩古遗传学中心的古遗传学家和第一作者DavidDíez-del-Molino说："我们想知道是什么让猛犸象成为一头长毛猛犸象。长毛猛犸象有一些非常有特点的形态特征，比如它们厚厚的皮毛和小耳朵，显然可以根据冷冻标本的样子来预期，但是还有许多其他的适应性，比如脂肪代谢和寒冷感知，这些都不是那么明显，因为它们是在分子水平上。"这是一张毛猛犸象牙的照片，作者对其进行了整个基因组的测序。这根长毛象牙于2015年在西伯利亚东北部被发现，并被放射性碳测定为距今约18,000年。为了确定在长毛象中"高度进化"的基因--意味着它们积累了大量的突变--研究小组将23只西伯利亚长毛象的基因组与28只现代亚洲和非洲大象的基因组进行了比较。这些长毛象中有22只是相对现代的，生活在过去10万年内，其中16只的基因组以前没有被测序过。第二十三只长毛象的基因组属于已知最古老的长毛象之一，Chukochya，它生活在大约70万年前。高级作者、斯德哥尔摩古遗传学中心进化基因组学教授LoveDalén说："有了Chukochya的基因组，我们就能确定一些在长毛象作为一个物种的生命周期中进化的基因。这使我们能够实时研究进化，我们可以说这些特定的突变是长毛象所特有的，它们在它的祖先中并不存在。"这是研究的共同作者LoveDalén与Yuka猛犸象的照片，其基因组被纳入分析。毫不奇怪，许多对长毛象有适应性的基因都与生活在寒冷环境中有关。这些基因中的一些被不相关的现代北极哺乳动物所共享。Díez-del-Molino说："我们发现了一些与脂肪代谢和储存有关的高度进化的基因，这些基因在驯鹿和北极熊等其他北极物种中也有发现，这意味着这些基因在适应寒冷的哺乳动物中可能存在趋同进化。"虽然以前的研究已经考察了一两只长毛象的基因组，但这是第一次比较大量的长毛象基因组。这种大样本量使研究小组能够确定在所有长毛象中常见的基因，因此可能是适应性的，而不是可能只在单个个体中出现的基因突变。Díez-del-Molino说："我们发现，一些以前被认为是长毛象的特殊基因实际上在长毛象之间是可变的，这意味着它们可能并不那么重要。"这是研究的共同作者MarianneDehasque在斯德哥尔摩古遗传学中心的古代DNA实验室工作的照片。总的来说，70万年前的Chukochya基因组共享大约91.7%的突变，这些突变引起了更现代的长毛象的蛋白质编码变化。这意味着，当长毛象第一次从其祖先草原猛犸象中分化出来时，许多长毛象的决定性特征--包括厚皮毛、脂肪代谢和寒冷感知能力--可能已经存在。然而，这些特征在楚科奇亚的后代中得到了进一步发展。"最早的长毛象还没有完全进化，"Dalén说，"它们可能有更大的耳朵，它们的毛也不同--与后来的长毛象相比，也许没有那么绝缘和蓬松。"更现代的长毛象在T细胞抗原上也有几个免疫突变，这在它们的祖先身上是看不到的。作者推测，这些突变可能赋予了增强的细胞介导的免疫力，以应对新出现的病毒病原体。与古代猛犸象DNA一起工作，会遇到一系列的障碍。Díez-del-Molino说："从野外工作到实验室工作，再到生物信息学，每一步都会有一些困难。"所有基因组被纳入这项研究的猛犸象都是在西伯利亚收集的，但研究人员希望在未来能将北美的长毛象分支出来并进行比较。Dalén说："我们几年前表明，在长毛猛犸象和哥伦比亚猛犸象的祖先之间存在着基因流动，所以这也是我们需要考虑的问题，因为北美长毛猛犸象可能也携带了非长毛猛犸象的基因。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353571.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353571.htm

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

追踪进化的幽灵：研究人员关注大猩猩中隐藏的基因谱系

追踪进化的幽灵：研究人员关注大猩猩中隐藏的基因谱系研究小组在这一与人类关系密切的猿类物种中发现了基因流动事件，即从一个已经灭绝的种系到今天生活的大猩猩的基因流动。这类似于现代人类和倭黑猩猩保存了来自已灭绝族群的基因，这些基因仍然可以在我们的基因组中找到。人类和大猩猩有一个令人兴奋的共同点：在进化过程中，这两个物种的DNA都与今天已经灭绝的其他族群的个体交配而发生了混合--因此，出现了基因从一个族群向另一个族群的导入。在进化史上，现代人与尼安德特人和丹尼索瓦人交换了基因。休息期间，山地大猩猩母婴与另一只成年雌性大猩猩在一起。图片来源：大猩猩医生MikeCranfield如今，在许多人类的基因组中仍能找到它们的踪迹。针对类人猿，尤其是大猩猩的类似研究很少，因为我们的近亲只有少数化石，不像智人，可以从中提取古代DNA进行分析。因此，活在今天的个体的基因组是重建其进化史的唯一途径，这一点尤为重要，因为大猩猩在野外濒临灭绝。幽灵种群的基因流动为了解进化史提供了新的视角大猩猩由两个物种（西部和东部大猩猩）组成，每个物种又有两个亚种：西部大猩猩包括西部低地大猩猩和跨河大猩猩，东部大猩猩包括东部低地大猩猩和密切相关的山地大猩猩。在目前的研究中，国际教育局的托马斯-马克斯-博内特（TomasMarques-Bonet）和维也纳大学的马丁-库尔维姆（MartinKuhlwilm）领导的团队与桑格研究所的克里斯-泰勒-史密斯（ChrisTyler-Smith）和薛雅丽（YaliXue）合作，分析了来自所有四个亚种的个体的全基因组，包括来自乌干达布文迪国家公园（BwindiNationalPark）的新测序的山地大猩猩基因组，该公园是仅存的两处山地大猩猩栖息地之一。休息期间的山地大猩猩母子。图片来源：大猩猩医生迈克-克兰菲尔德（MikeCranfield）包括神经网络整合在内的创新统计方法揭示了一个惊人的结果：4万年前，一个现已灭绝的大猩猩幽灵种群与东部低地大猩猩和山地大猩猩的共同祖先之间进行了基因交换。科学家马丁-库尔维尔姆（MartinKuhlwilm）解释说："今天的东部大猩猩基因组中有多达3%的基因来自这个幽灵种群，它们在300多万年前从所有大猩猩的共同祖先那里分离出来。他继续说："另一方面，我们无法在西部大猩猩中鉴定出任何这些DNA片段"。幽灵种群的基因流动可能影响基因功能这个国际研究小组能够给人留下深刻印象的是，已经灭绝的祖先的基因输入不仅在进化史上有意义，而且还可能对现今的物种产生功能性影响。他们举例说明了这一点：研究人员发现，一种编码苦味受体的基因从幽灵种群引入了今天的东部低地大猩猩和山地大猩猩--之后可能受到了正向选择。这对今天的动物来说非常有用，因为这种味觉感受器可能有助于避免吃有毒（和苦味）的食物。另一个有趣的分析结果是，东部大猩猩的X染色体上保留了极少量来自幽灵种群的DNA。因此，它似乎受到了负面选择的影响，这在人类和其他物种中也可以观察到。其中一个可能的原因是，与其他染色体不同，这条染色体在雄性个体中只存在一个拷贝，因此有害突变可能会产生更大的影响。托马斯-马尔克斯-博内特（TomasMarques-Bonet）也是UPF医学与生命科学系（MELIS）的遗传学教授，他说："进化遗传学非常重要，我们的研究让我们更好地了解了大猩猩的进化史，为帮助我们更好地理解灭绝种群的基因流会对当前种群产生哪些影响做出了宝贵贡献。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374209.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374209.htm