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探索蛇毒的起源
從水到陸
2014年12月29日作者：PSG
對蛇毒的研究已經持續(xù)和好幾十年，包括毒素蛋白、毒素機理和毒素基因等。但是，有一個問題依然懸而未決，就是蛇毒是從哪里起源的？是來源于某種毒素的前體，或是有什么基因偏好性，這些都還是未知的。目前，主流的假說認為絕大多數的蛇毒起源于20個左右基因家族的基因重復（gene duplication）和重復基因的新功能化（neofunctionalization）。通俗地說，就是基因重復出現以后，一個基因拷貝維持其原有功能，另一個基因拷貝逐漸進化出毒素的功能。近期的基因組水平研究支持了上述的推測，例如在眼鏡王蛇基因組中已經發(fā)現了毒素基因家族的擴張。這樣的擴張過程，在毒蛇的進化過程中可能發(fā)生了多次，并且可能是平行發(fā)生的。要了解蛇毒的起源，就要找到這些蛇毒基因的“原始”狀態(tài)。
從進化樹上看，毒蛇幾乎都分布于新蛇總科。無毒的蟒蛇與新蛇總科物種有一個最近共同祖先。因此，研究蛇毒基因在蟒蛇中表達模式，能夠為探索蛇毒的起源提供新的證據，也可能有機會找到這些毒素基因家族的“原始狀態(tài)”。這件事在蟒蛇基因組公布以后，變成了可能。
圖1. 蟒蛇和有毒蛇在進化樹上的分布
研究人員選擇了20多個毒素基因家族，測定了它們在蟒蛇12個器官中的表達模式。結果發(fā)現，蟒蛇中的蛇毒同源基因在多個不同的器官中都有表達，而不僅是口腔的腺體之中。蛇毒同源基因在蟒蛇中的表達量普遍比較低，但也有個別表達比較高。還有一個值得注意的問題是，蛇毒同源基因在蟒蛇中是傾向于在多個組織中表達，還是在較少的組織中表達。不過，怎樣算是基因“有表達”是一個很難界定的概念。因此，將不同的數值來指代這一個概念，發(fā)現當“有表達”的標準無論怎么取，毒素同源基因都傾向于集中在單個器官中表達。而且，毒素同源基因在器官間的表達差異程度要大于其它基因。
圖2. 蛇毒同源基因的器官表達模式
此項研究發(fā)現，毒蛇的毒素基因家族中有一到兩個同源基因在無毒的蟒蛇中也有表達，暗示無論毒素基因在新蛇總科中一次起源或是多次起源，也不太可能是在蟒蛇與新蛇總科分歧之前發(fā)生。毒素基因家族在蟒蛇中可能代表了這些基因相對毒蛇的一種祖先“原始”狀態(tài)。因此，毒素基因可能是起源于在器官中表達特異性強的基因，而這種進化可能是一個近中性的過程。參考文獻
1. Reyes-Velasco et al. 2014. Expression of venom gene homologs in diverse python tissues suggests a new model for the evolution of snake venom. Mol Biol Evol 32(1): 173-183.
中國科普博覽-從水到陸專欄 首發(fā)
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