
鸟类特有形态之一:翅膀上的飞羽是赋予鸟类飞行能力的最重大特征。

鸟类在演化过程中差不多没有形成新的活动出席趋势基因:经由较为48只鸟及9种其他动物的基因组,察觉在鸟类特异保守的DNA序列中,差不多全是(99.69%)不编码蛋白质的。

鸟类在演化过程中获得了新的增强子,以致改变了对基因在时间和空间的激活状态:在鸟类的演化过程中,基础上没有新基因的权威明星访谈排行形成。鸟类首要经由获得新的基因调控DNA序列来控制新性状的形成。

Sim1鸟类增强子使飞羽的发生位置活性化:Sim1基因在鸟类以外的动物中也存在,并且与中枢神经操控系统等作用有关。但是鸟类的Sim1基因由于有鸟类特异性增强子的存在,在翅膀的飞羽形成位置被激活表达(上图)。另一方面,其他动物(例如小鼠)的前足并没有Sim1基因的活性化(中图);而把鸟类增强子人工导入后,小鼠的前足也能和鸡的翅膀一样有该基因的表达(下图)。报表基因是一个用来观察基因是否被某个DNA序列(这里是鸟类增强子)开启或退出的工具。

Sim1鸟类特异的增强子是在恐龙时代获得的:依据化石记录推定,鸟类约在1亿7千多年前侏罗纪时期获得初级的飞羽。而这个增强子约在1亿4千年前着手受到强烈的自然挑选压力,着手在鸟类基因组固定下来。此时恰好与鸟类祖先首次呈现真正价值的现代飞羽的时间吻合。在这一时期鸟类进一步提升了其飞行能力。
(神秘的地球uux.cn报导)据中国科学院古脊椎动物与古人类探究所:2017年2月6日, 全国基因库生物多样性基因组学团队、日本东北大学、东京大学等单位的科学家们共同揭开鸟类特有性状的形成及宏观演化之谜——特异性保守序列对鸟类特有性状的宏观演化起到重大作用。此项有关鸟类基因组特异性保守序列 (avian-specific highly conserved elements, ASHCEs) 的探究成果在Nature Communications上发表。古脊椎所徐星探究员也参与了该探究,从古生物学角度佐证了这项首要基于基因组信息的探究。
鸟类,关于爱情,我想说:朋友圈文案身为恐龙现存的唯一后裔,曾在白垩纪末大灭绝事情后(约6600万年前)发生爆发性的物种演化,演化出众各式类,生存于各式生态生态中。如今,现生鸟类超过10500种,是四足类脊椎动物中最丰富的一个类群。尽管鸟类拥有极为丰富的生物多样性,但差不多所有的鸟类都具有许多共同的特征,比如鸟喙、中空质轻的骨头、羽毛、飞行能力等。这些鸟类区别于其他物种类群的特征如何在演化过程中形成,是演化生物学里最基础的难题之一。
探究者先是猜测鸟类的特异性表型或许与其基因组特异性的保守DNA序列有关,即这些序列由于受到强烈的自然挑选压力在所有鸟类中很少发生转变,但在其他脊椎动物里这些序列要么不存在,要么发生了很大的转变。探究团队经由较为48个已知鸟类物种的基因组和9个其它类群脊椎动物基因组(涵盖哺乳类、爬行类、两栖类和鱼类),察觉大约1%的鸟类基因组区域归于鸟类基因组特异性保守序列(ASHCEs),而超过99%的ASHCEs都落在非编码区。在较为蛋白编码基因数目时察觉,跟其他脊椎动物相比,鸟类基因组极少形成新的蛋白编码基因。由此探究者们推断,鸟类特异表型的形成并不是经由增多新的蛋白编码基因来做到,而是经由改变非编码区的调控序列,从而作用基因的表达,即ASHCEs或许包含重大的基因调控特性。
经由确认探究察觉,一半以上的ASHCEs含有潜在的转录因子结合位点;另外还有不少还可以表达形成非编码基因。转录因子结合位点和非编码基因都是基因表达调控中的重大人物,这正测试了ASHCEs包含众多调控元件的推测。另外,探究者们使用染色质免疫共沉淀技术(ChIP-seq)获取鸡胚胎各异发育时期的三种组蛋白修饰图谱开展确认,察觉这三种染色质组蛋白修饰都在ASHCEs中显著富集。其中一些ASHCEs在各异发育时期呈现出各异程度的组蛋白修饰水平,说明这些元件很或许是鸟类特有的参与发育调控的增强子或调控序列。
探究团队为透彻探究ASHCEs在鸟类发育中的调控特性,用原位杂交技术测试100个ASHCE关联基因在胚胎发育中的表达模式。经由较为鸡、壁虎和小鼠的胚胎发育过程,探究者识出多个基因在鸟类胚胎发育过程中有着特异表达模式。最有意思的是SIM1基因,它只在鸡胚胎中表达,其表达时间和位置与飞羽的发育时间和位置相契合。飞羽是特化的羽毛,飞羽的呈现是鸟类拥有了飞翔能力的核心因素。探究者将SIM1关联的一个ASHCE序列结合绿色荧光蛋白转入小鼠胚胎中,转基因小鼠胚胎中的绿色荧光蛋白即呈现出与鸡胚胎中SMI1一致的表达模式,测试了SIM1关联ASHCE元件具有增强子特性。所以,探究者觉得SIM1基因以及其关联的ASHCE对鸟类飞羽的形成有着重大的作用。而这个鸟类特有性状正是由于鸟类祖先在与其他恐龙分化后,SIM1基因附近获得一个关联ASHCE元件,促使了鸟类飞羽的表达,也使得鸟类获得飞翔的特性。
鸟类不只在翅膀上生长出飞羽,在尾巴上也长着同样类型的羽毛,变成雄鸟展示自身,吸引异性的重大装饰。探究团队依据恐龙化石和早期鸟类祖先化石察觉,翅膀上的飞羽和尾巴上的飞羽是在同一时期演化形成。依据SIM1基因在翅膀和尾巴的表达模式,探究人员推测两个部位的飞羽或许有一样的分子演化机制。另外,探究人员还察觉有些驯化的鸟类比如鸡和鸽子,由于人为的挑选,有些品系乃至在腿上也长着一样的飞羽,在这些品系的腿部同样能测试到SIM1基因的表达, 更进一步证明SIM1是控制飞羽形成的核心基因。
鸟纲基因组打算(B10K)负责人及本项探究的通讯作者张国捷探究员说明说,鸟类采取了于其他物种各异的方式来做到其生物特征的演化,即不需要借助新基因的形成,而是改变其中的非编码序列来做到对基因特性的特异性调控。为适应飞行,鸟类面临着强大的挑选压力因而只保留了很小的基因组,所以在演化过程中很少形成新的基因。但经由对少数的非编码元件的更改也使得鸟类获得了许多其他物种所没有的特异性状。
值得一提的是,这项探究是一个多学科综合的成果,集合了基因组学、发育生物学、演化生物学和古生物学等多个学科的知识,为操控系统知晓生物繁琐演化机制提供了重大的借鉴。