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“兩棲爬行動物保護協(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、自然保護區(qū)、動物園、政府部門、社會團體等機構(gòu)展開合作。
鳥類基因與自然選擇
從水到陸
2014年12月26日作者：天羽
？？？ 世界上有超過10000種的鳥類，關(guān)于它們的進化歷程和多樣性的成因，一直以來都是生物學(xué)家們所關(guān)注的一個熱點問題?，F(xiàn)在我們已經(jīng)大概知道，鳥類是在大約1.5億年前由獸腳亞目恐龍進化而來的。它們成功地度過了6500萬年前的大滅絕，并在隨后的新生代和哺乳動物一起迎來了大爆發(fā)?，F(xiàn)生鳥類的那些典型特征，就是這個漫長進化歷程的最好注腳，它們包括但不限于華麗的羽毛、清脆的鳴聲和令人驚艷的第二性征。從形態(tài)上對鳥類的觀察已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百年之久，然而鳥類的這些特征在分子水平上是怎么進化的，人們對此還知之甚少。不出意外，得益于家禽業(yè)上千年的發(fā)展，雞（chicken）是了絕大多數(shù)人最熟悉的一種鳥類，它同時也是科學(xué)研究中最常見的鳥類模式動物。近些年來，斑胸草雀（zebra finch）也在科研活動中異軍突起，受到很多科學(xué)家的親睞。斑胸草雀原產(chǎn)于大洋洲，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一種觀賞鳥遍及整個世界。出乎意料的是，針對雞和斑胸草雀的一項研究，能夠為人們了解基因在鳥類中的進化歷史作出貢獻。
圖1. 左邊是斑胸草雀（來自維基百科）
？？？ 在這個研究中，來自瑞典烏普薩拉大學(xué)的阿爾塞克森和同事們鑒定了5658個雞和斑胸草雀中的蛋白編碼直系同源基因。他們首先對這些基因在這兩個物種中的非同義替代率和同義替代率的比值（dN/dS）進行了分析，發(fā)現(xiàn)這些基因的平均dN/dS是0.085。當(dāng)然了，這只是一個平均值，實際上不同的基因是不一樣的。他們發(fā)現(xiàn)，在眼睛和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中高表達的基因其dN/dS最小，而消化系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)中高表達的基因dN/dS最大。要知道，dN/dS通常是可以用來衡量蛋白編碼基因的進化速率的，這個值越大，說明進化速率越快，也就是說這個基因編碼的蛋白和相關(guān)的功能進化得越快。這個結(jié)果說明，這兩種鳥類相比，它們各自的進化可能是發(fā)生在食性和繁殖等方面，而重要的器官如眼睛和神經(jīng)系統(tǒng)則非常保守。實際上，這也是物種分化時常被觀察到的普遍現(xiàn)象，并沒有什么特別之處。
圖2. 基本趨勢-表達越高，進化越慢
？
圖3. 各器官關(guān)鍵基因的平均進化速率
？？？ 更有價值的信息來自和哺乳動物的對比。以人和小鼠作為參考物種，他們鑒定了2686個直系同源基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一共有228個基因在兩種鳥類中比起人和小鼠其進化速率有顯著提升。這些基因極有可能代表了鳥類的典型特征，那么它們都是些什么基因呢？功能注釋之后發(fā)現(xiàn)，這些基因中很大一部分是與聲音學(xué)習(xí)和認知過程相關(guān)的基因。此外，著色基因在鳥類中也比哺乳類進化速率更快，從分子上解釋了鳥類為什么有色彩斑斕的羽毛。
圖5. 涉及比較的各物種進化樹和平均dN/dS
*名詞解釋*
直系同源基因：是指進化上起源于同一個祖先基因，并且垂直傳遞的同源基因；直系同源基因是伴隨著物種形成的過程而產(chǎn)生的，通常功能比較相似。
dN/dS：指非同義替代位點的非同義替代率和同義替代位點的同義替代率的比率，可以用來衡量蛋白編碼基因的進化速率；dN/dS越大，進化速率越快。
延伸閱讀
1. Axelsson, et al. 2008. Natural selection in avian protein-coding genes expressed in brain. Mol Ecol 17, 3008-3017.
2. Yang. 2007. PAML 4: Phylogenetic Analysis by Maximum Likelihood. Mol Biol Evol 24(8): 1586-1591.
中國科普博覽-從水到陸專欄 首發(fā)
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