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“兩棲爬行動物保護(hù)協(xié)會”擬面向全國致力于兩棲爬行動物科普知識宣傳與保護(hù)的志愿者協(xié)會。目前已受到中科院成都生物所兩棲爬行動物研究中心等相關(guān)部門的強力支持。協(xié)會立足于中國兩棲爬行動物研究中心——中科院成都生物所兩棲爬行動物研究中心。協(xié)會計劃每年開展系列科普宣講活動，能與各個大學(xué)、研究所、自然保護(hù)區(qū)、動物園、政府部門、社會團(tuán)體等機(jī)構(gòu)展開合作。
從北美隱鰓鯢看基因組的擴(kuò)張
從水到陸
2014年12月27日作者：天羽
在2014年10月河南新鄉(xiāng)舉辦的中國動物學(xué)會兩棲爬行動物學(xué)分會學(xué)術(shù)研討會上，東道主河南師范大學(xué)對外公布了中國大鯢基因組測序的計劃與進(jìn)展，引起了廣泛的關(guān)注。為什么大鯢的基因組比較特別呢？其本質(zhì)的原因就是一個“大”字。據(jù)估計，中國大鯢的基因組達(dá)到50G左右。如果你對這個數(shù)字沒有概念，那么沒關(guān)系，可以和我們?nèi)祟愡M(jìn)行比較，人的基因組一共有2.9G。也就是說，大鯢的基因組大約是人的17倍。更進(jìn)一步，在人的基因組中，真正編碼蛋白質(zhì)的基因更是少得可憐，大約只占基因組的1%，而這些編碼基因在動物當(dāng)中是比較保守的，也就是說在大鯢中數(shù)量應(yīng)該也差不多。因此，大鯢基因組為什么這么大，成為了長期困擾大家的一個難題。我們還是要先回到整個動物界，實際上基因組大小在不同動物間完全沒有規(guī)律可循，其大小從20M到130G不等，差距達(dá)到6500倍左右（回憶一下中學(xué)課程里的C值矛盾）。而在所有動物中，大多數(shù)的大基因組動物都是兩棲有尾類家族的成員，它們的基因組比鳥類、哺乳類、爬行類和蛙類都要大，當(dāng)然也包括魚類（不過肺魚是一個例外）。而且，大部分的有尾類是二倍體動物，而不是多倍體。這表明，有尾類的基因組在進(jìn)化過程中發(fā)生了擴(kuò)張。
盡管中國大鯢的基因組測序還在進(jìn)行當(dāng)中，美國科羅拉多大學(xué)針對中國大鯢的近親——北美隱鰓鯢（Hellbender）的一項研究，為解析動物基因組的擴(kuò)張，增加了新的證據(jù)。他們同樣是進(jìn)行基因組測序，不過只是選取了基因組中很小的一部分，類似于隨機(jī)抽樣，這樣難度就會比整個基因組測序小很多。利用454-FLX-LR高通量測序平臺進(jìn)行，他們一共得到了約2百萬條隨機(jī)序列，相當(dāng)于整個北美隱鰓鯢55G的基因組的1.33%。
通過對這些隨機(jī)序列進(jìn)行分析，研究人員發(fā)現(xiàn)一種叫做長末端重復(fù)逆轉(zhuǎn)座子（LTR retrotransposons）的元件充斥在整個北美隱鰓鯢的基因組中，這個現(xiàn)象也在另外六種無肺螈中被發(fā)現(xiàn)，暗示LTR逆轉(zhuǎn)座子的不成比例擴(kuò)張是有尾類基因組擴(kuò)張的最主要原因。通過對這些LTR逆轉(zhuǎn)座子進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)它們的擴(kuò)張是隨著物種分化而進(jìn)行的，而不是基因的水平轉(zhuǎn)移。
圖1. LTR逆轉(zhuǎn)座子在有尾類和其它動物中分布
同時，他們也發(fā)現(xiàn)隱鰓鯢基因組小插入缺失的丟失率也比其它動物要低，這也可能是促進(jìn)有尾類基因組擴(kuò)張的一個原因。
圖2. 基因組丟失率的比較
除了基因組的進(jìn)化，基因組擴(kuò)張所造成的表型進(jìn)化可能更值得研究?，F(xiàn)在的一些研究認(rèn)為有尾類動物的一些特征可能與大基因組有關(guān)，比如骨骼和循環(huán)系統(tǒng)、增大的細(xì)胞核和細(xì)胞體積、以及降低的細(xì)胞分裂分化速率。但是，這些觀點大都是基于分析推導(dǎo)而缺少有效證據(jù)。對北美隱鰓鯢基因組的研究，向破解動物的大基因組之謎又前進(jìn)了一步，但要想徹底弄明白這個問題，還需要大量的努力。延伸閱讀
1. Sun and Mueller. 2014. Hellbender genome sequences shed light on genomic expansion at the base of crown salamanders. Genome Biol Evol 6(7): 1818-1829.
中國科普博覽-從水到陸專欄 首發(fā)
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