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中外科学家首次成功构建出所有现生哺乳动物(包括人类)的最近共同祖先基因组图谱

进食中的鸭嘴兽(华大基因 供图)

进食中的鸭嘴兽(华大基因 供图)

针鼹(Ken Hurley供图)

针鼹(Ken Hurley供图)

哺乳动物染色体演化历程简图(周旸等 绘)

哺乳动物染色体演化历程简图(周旸等 绘)

(神秘的地球uux.cn报道)据光明日报(张蕾):中外科学家携手合作,以鸭嘴兽、针鼹等哺乳动物的高质量基因组数据为基础,通过比较人、有袋类动物、鸟和爬行动物等多种动物基因组数据,首次成功构建出所有现生哺乳动物(包括人类)的最近共同祖先基因组图谱。相关成果发表在北京时间1月7日凌晨最新上线的《自然》学术期刊。

哺乳动物祖先的外观形状已经通过化石证据部分还原出来,但是哺乳动物祖先染色体的数目一直都是一个谜。“现代人有46条染色体,而我们和鸭嘴兽的共同祖先很可能有60条染色体,这些染色体经过很多次变异才形成今天的状态。”论文第一作者、深圳华大生命科学研究院博士周旸表示,此次构建的基因组图谱为理解包括人类在内的哺乳动物如何发生辐射性适应演化提供了重要参考信息。

作为最早分化形成的哺乳动物物种,单孔目独特的生物学特性和演化地位一直吸引着科学家对其性状特征起源进行研究。例如,尽管是哺乳动物,但鸭嘴兽、针鼹等单孔目却像鸟类一样通过生蛋来繁殖后代,同时分泌乳汁哺乳后代。单孔目物种的特殊性还在于它们拥有5对性染色体,而其他哺乳动物(包括人类)只有1对性染色体。

论文通讯作者、澳大利亚阿德莱德大学教授弗朗克·格鲁兹纳(FrankGrutzner)介绍,作为非常古老的类群,单孔目与其他现生哺乳动物在演化上是姐妹群的关系,大约1.8亿年前分化。“它们的基因组数据可以帮助我们了解1.8亿年前哺乳动物的共同祖先,以及这1.8亿年间不同哺乳动物类群在演化过程中各自发生了什么。”

人类和其他绝大多数哺乳动物由X和Y两条染色体决定性别。这项研究显示,单孔目的性染色体与大多数哺乳动物(包括人类)的性染色体没有任何同源关系,反而和鸟类更接近。该研究还揭示了鸭嘴兽和针鼹在演化过程中发生的一系列特殊事件,如与牙齿有关的部分基因丢失,从分子机制找出两种动物成年后完全失去牙齿的原因;一些与卵形成有关的基因得以保留,提示着单孔目作为少数卵生哺乳类动物的线索。

性染色体的组装一直是基因组组装的难点。“我们利用最新的测序技术,结合分子标记图谱,可以获得质量更高、更完美的染色体级别基因组。再通过建立算法、系统开展比较分析,就能揭示精细的染色体结构变异过程如何影响哺乳动物早期演化,并解答单孔目哺乳动物类群许多特殊生物学性状的产生机制。”论文通讯作者、深圳华大生命科学研究院副院长张国捷教授强调。(《光明日报》(2021年01月07日08版))

相关报道:Nature:中外科学家首次重建现生哺乳动物共同祖先的基因组图谱

(神秘的地球uux.cn报道)据新浪科技:北京时间2021年1月7日,Nature刊发了一项重磅研究成果:深圳华大生命科学研究院联合中外多国科学家,首次成功构建出了包括人在内的所有现生哺乳动物共同祖先的基因组图谱。

据介绍,该成果是以该研究团队获得的鸭嘴兽、针鼹等哺乳动物的高质量基因组数据为基础,比较人、有袋类动物、鸟和爬行动物等多种动物的基因组数据,最终追根溯源,获得了我们距今大约1.8亿年前的早期哺乳动物祖先的基因组演化信息。

“我们这次构建出的哺乳动物祖先序列对于理解包括人在内的哺乳类如何发生辐射性的适应演化提供了重要的参考信息。”论文第一作者,丹麦哥本哈根大学和深圳华大生命科学研究院联合培养的周旸博士表示,“现代人有46条染色体,而我们和鸭嘴兽的共同祖先很可能有60条染色体,这些染色体经过了很多次的变异才形成了今天的状态。”

“鸭嘴兽和针鼹等单孔类哺乳动物是非常古老的类群,它们与其他所有现生哺乳动物在演化上是姐妹群的关系,并于约1.8亿年前与其他哺乳动物分化开来。它们的基因组数据可以帮助我们了解1.8亿年前哺乳动物的共同祖先,以及这1.8亿年间不同哺乳动物类群在演化过程中各自发生了什么变化。”论文的通讯作者之一,澳大利亚的弗朗克•格鲁兹纳教授如是说。

该研究还揭示了哺乳动物性别染色体演化的出人意料的复杂模式。“我们都知道,人和其他绝大多数哺乳动物通过X和Y两条染色体决定性别。XY染色体决定了雄性,XX则对应雌性。”论文的另一位通讯作者,浙江大学生命科学研究院的周琦教授说,“但我们的研究显示,单孔类的性染色体与包括人在内的大多数哺乳动物的性染色体没有任何同源关系,反而和鸟类更接近。也就是说,我们与鸭嘴兽是在祖先分歧之后的大约数千万年内各自独立演化出了不同的性染色体系统。”

“事实上,鸭嘴兽有5对性染色体,也就是10条。而我们只有1对,也就是2条。”周旸补充说,“我们研究显示,单孔类的性染色体很可能经过了非常复杂的演化。”

此外,该研究还揭示了鸭嘴兽和针鼹在演化过程中发生的一系列特殊事件,如与牙齿有关的部分基因丢失从分子机制上找了这两种动物成年后完全失去牙齿的原因,而另一些保留的与卵形成有关的基因则提示了单孔类作为少数卵生哺乳类动物的线索。研究还发现编码哺乳动物的乳汁主要蛋白成分的基因在单孔目里已经存在,说明泌乳和乳汁的性状在所有现生哺乳动物的最近共同祖先就已经演化形成。

“通过最新的测序技术结合分子标记图谱,我们可以获得质量更高的染色体级别的基因组数据,通过我们建立的算法,可以很系统的开展比较分析,帮助我们更好地理解物种演化过程中的分子机制。”该研究的通讯作者,深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明动物研究所及丹麦哥本哈根大学的张国捷教授总结说,“这一研究不仅揭示了精细的染色体结构变异过程如何影响哺乳动物早期演化过程,同时也解答了许多单孔目物种这一特殊哺乳动物类群许多特殊生物学性状的产生机制。”




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