鸭嘴鸭嘴兽基因组序列公布

一个国际科学家团队发表了对鸭嘴兽基因组序列的首次分析，揭示了哺乳动物早期进化过程中基因组是如何组织的线索。这项研究得到了美国国立卫生研究院(NIH)下属的国家人类基因组研究所(NHGRI)的部分支持。

喜欢看电视自然节目的人应该记得，鸭嘴兽原产于澳大利亚，是为数不多的产卵哺乳动物之一。然而，鸭嘴兽的特点还不止于此。

“乍一看，鸭嘴兽似乎是进化意外的结果。但是，尽管这种动物看起来很奇怪，但它的基因组序列对于理解哺乳动物的基本生物过程是如何进化的是无价的，”NHGRI主任弗朗西斯·s·柯林斯(Francis S. Collins)医学博士说。

柯林斯补充说:“将鸭嘴兽的基因组与其他哺乳动物的基因组进行比较，将为我们人类基因组的历史、结构和功能提供新的见解。”

在《自然》杂志上发表的一篇论文中，研究人员分析了澳大利亚雌性鸭嘴兽Glennie的高质量基因组序列草图。该联盟包括来自美国、澳大利亚、英国、德国、以色列、日本、新西兰和西班牙的科学家。

鸭嘴兽基因组的测序是由圣路易斯华盛顿大学医学院的基因组测序中心领导的，该中心是NHGRI大规模测序研究网络的一部分。

鸭嘴兽的祖先大约在1.66亿年前从其他哺乳动物谱系中分离出来，一旦序列产生，研究人员就开始将鸭嘴兽的基因组与人类、老鼠、狗、负鼠和鸡的特征明确的基因组以及绿色变色龙蜥蜴的基因组草图进行比较。

之所以选择鸡的基因组，是因为它是卵生动物的祖先，包括已经灭绝的爬行动物，它们将大部分DNA遗传给了鸭嘴兽等动物。科学家们特别感兴趣的是在鸭嘴兽基因组中寻找一些特征，这些特征可以解释鸭嘴兽身上奇怪的混合特征，那些更像爬行动物和鸟类，而那些更像哺乳动物。

研究小组发现，鸭嘴兽基因组中蛋白质编码基因的数量与其他哺乳动物相同，约为18500个。鸭嘴兽的80%以上的基因与其他已被测序的哺乳动物相同。

接下来，研究人员梳理了鸭嘴兽的基因组，寻找鸭嘴兽特有的基因序列的证据，这些序列在哺乳动物基因组中已经丢失了。科学家们也渴望找出鸭嘴兽的哪些特征在DNA水平上与爬行动物或哺乳动物有关。

“爬行动物、哺乳动物和鸭嘴兽基因组的独特特征的混合，为所有哺乳动物基因组的功能和进化提供了许多线索，”华盛顿大学医学院基因组测序中心主任、该论文的高级作者理查德·k·威尔逊博士说。“现在，我们将能够确定在进化过程中一直保持保守的基因，以及那些已经丢失或获得的基因。”

雌性鸭嘴兽下蛋，这是爬行动物的特征，但它也产奶来喂养幼崽，这是哺乳动物的特征。有趣的是，鸭嘴兽的基因组中既有爬行动物的基因，也有与卵子受精有关的哺乳动物基因。然而，研究人员发现，像其他哺乳动物一样，鸭嘴兽的基因组包含一组紧密聚集的基因，这些基因产生酪蛋白，而酪蛋白是乳汁的组成部分。

良好的嗅觉是哺乳动物的共同之处。与大多数哺乳动物相比，鸡和蜥蜴的气味受体基因相对较少，它们负责探测气味的能力。有趣的是，鸭嘴兽的气味感受器数量是老鼠和其他哺乳动物的一半。

然而，研究人员还发现鸭嘴兽基因组中编码一种特殊类型的气味受体的基因发生了扩张，这种受体被称为犁鼻受体。研究人员认为，鸭嘴兽在水下觅食时探测气味的能力可能与这组特殊基因的扩增有关。

研究人员还发现，鸭嘴兽与免疫系统相关的基因与其他哺乳动物非常相似，只有一些关键的差异。科学家们认为，鸭嘴兽基因家族的扩张可能与它们非常不成熟的后代的免疫系统增强有关，这些后代孵化时发育非常不成熟。

科学家们推测，这种抗微生物肽对其他哺乳动物来说可能不那么重要，这些哺乳动物的后代在子宫内发育的时间相对较长，出生时的发育阶段也更早。

科学家们也渴望找出毒液生产是如何成为鸭嘴兽基因组的一部分的。当研究人员开始分析雄性鸭嘴兽毒液产生的基因序列时，他们有了一个惊人的发现。他们发现，雄性鸭嘴兽产生的毒液是由进化过程中某些基因的重复产生的，这些基因是从古老的爬行动物基因组中遗传下来的。

爬行动物谱系显示出类似的毒液基因复制，但这种复制似乎是在爬行动物的进化过程中独立发生的，这使它们具有类似的产生毒液的能力。