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鲸类(Cetacea)是一类完全适应水生生活的海洋哺乳动物,大约在53Mya其陆生祖先从陆地重返海洋,是哺乳动物进化历史上最神奇的事件之一。现生鲸类主要分为两个亚目:齿鲸亚目和须鲸亚目。鲸类物种的体型差异巨大,既包括体型巨大的须鲸类,如蓝鲸体长超过30米,体重超过150吨,也包括体型较小的海豚和鼠海豚,如港湾鼠海豚体长仅有1.4米,体重仅42千克。然而,鲸类体型巨大差异的遗传学机制尚不清楚。本研究选择了 20个控制体型大小的候选基因(AIP、CBS、MED12、NSD1、PLOD1、OBSL1、Pit-1、ACAN、KCNJ2、PLAG1、EIF2AK3、GALNS、NOG、NPR2、GRB10、CDKN1B、MEN1),通过比较基因组学和生物信息学分析,主要探讨:(1)鲸类进化过程中,体型大小相关基因是否发生了适应性进化;(2)在不同体型的鲸类(大型鲸类和小型鲸类)中体型相关基因是否具有不同的进化模式:(3)这些基因的进化与鲸类体型形态变量之间是否存在相关性。本研究通过从数据库下载和执行本地blast共获得7个鲸类代表性物种和6个近缘陆生哺乳动物的20个体型大小相关基因的编码序列。使用5种ML方法(PAML:site model,branchsite model;Datamonkey:FEL,REL,FUBAR)进行选择压力分析,共在12个基因(ACAN、AIP、CDKN1B、EIF2AK3、FBN1、GALNS、GPR101、NPR2、NSD1、OBSL1、PLAG1、PLOD1)检测到67 个密码子显著受正选择作用,其中22个密码子(32.84%)发生了激进的氨基酸性质改变,并且这些受正选择作用的位点分散在大多数鲸类物种中,提示体型大小相关基因在鲸类整个进化谱系中发生了适应性进化。尤其重要的是,受正选择作用的ACAN基因的进化速率与鲸类的体长和体重均呈显著负相关(体长:R2=0.73,P=0.009;体重:R2=0.672,P=0.015)。ACAN基因编码的蛋白多糖对软骨结构是必需的,该基因在不同物种中突变均导致侏儒症表型,结合这个基因检测到的正选择位点绝大多数在齿鲸中,且在齿鲸祖先枝检测到显著地正选择作用,这与早期齿鲸进化中出现了体型减小的改变是相关的,提示这些正选择位点可能在抑制鲸类体型增大中起重要作用。另外,FBN1基因在不同的鲸类物种中检测到广泛的正选择信号,特别是在三种大型鲸类中检测到多个正选择位点,其中有两个正选择位点在人类中已被报道突变可以导致马凡综合征,提示这些正选择位点可能在导致鲸类体型增大中发挥重要作用。然而,与大型鲸类相比,生长抑制基因GRB10在小型鲸类中具有更高的进化速率,且该基因的进化速率与鲸类体长和体重有接近显著负相关的趋势,与该基因抑制生长的作用相一致。综上,控制体型大小的基因在鲸类中发生了适应性进化,为鲸类从陆地到海洋的转变过程中体型的显著改变提供了分子证据。