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西北农林科技大学姜雨教授团队揭示反刍动物瘤胃功能创新的多种遗传进化机制

发布时间:Mar 18, 2020         已有 人浏览
  西北农林科技大学动物科技学院反刍动物遗传与进化研讨中心在反刍动物瘤胃进化研讨范畴取得了新进展,并以“Modes of genetic adaptations underlying functional innovations in the rumen”为题,于11月5日《Science China-Life Sciences》杂志在线宣布。该论文榜首署名单位为西北农林科技大学,动科学院博士研讨生潘香羽、蔡钰东、博士后李宗军、硕士研讨生王妮妮、西北工业大学生态环境学院博士后陈贤情、丹麦哥本哈根大学Rasmus Heller助理教授为一起榜首作者。我校姜雨教授和西北工业大学生态环境学院王文教授为一起通讯作者。
  反刍动物因其共同的前胃发酵体系和反刍行为而得名,其瘤胃是前胃发酵体系的首要器官。它与微生物的严密协作,使得反刍动物具有了高效消化植物纤维的才能并因而获得了共同的进化优势,促进了反刍动物类群的茂盛和多样性。
  反刍动物并不是仅有具有多胃室的类群,与其不合时刻约6500万年的鲸偶蹄目中,包含胼足亚意图骆驼和鲸河马亚目中的河马、鲸豚等均具有多胃室。但由于他们食性和生态位的不同,他们的胃室特化出各自不同的特征。瘤胃作为反刍动物进化过程中的重要器官,为体系解析其功用立异背面的遗传进化形式,研讨人员联合国内外10多家单位收集了反刍动物类群地点的鲸偶蹄意图50种安排共897个转录组数据,覆盖了其间三个具有多胃室结构的亚目(反刍亚目、胼足亚目和鲸河马亚目)。运用比较基因组学和比较转录组学办法对反刍动物瘤胃的功用立异的遗传进化根底进行了探求,并进一步对候选基因的功用进行了验证。

  该研讨运用初次开发的安排特异表达基因挑选目标E50,判定到655个瘤胃相对其他安排高表达的基因。其间14.7%的基因来自食道安排,其他的大部分征集自表皮、免疫和消化代谢等相关安排,这些基因参加的功用通路都与瘤胃已知的功用高度相关。经过比较骆驼、鲸豚和反刍动物的榜首胃室的表达谱,研讨结果发现瘤胃与鲸偶蹄目其他物种的榜首胃室或许同享来自食道的发育来源,瘤胃不只上调了食道表达的基因,还从其他安排征集了更多基因的表达,然后进化出不同的表皮结构、增强的酮体代谢和特异调控微生物群落结构的才能。
  更重要的是,结合反刍动物比较基因组学剖析,该研讨发现大多数的(77.65%)瘤胃中心基因邻近富集了反刍动物特异的非编码保守序列,并部分地被瘤胃和食道的敞开染色质区域验证,证明调控改动是器官进化遗传机制最活泼的办法。此外,在酮体代谢通路要害限速酶基因HMGCS2中发生了5个反刍动物特异的氨基酸骤变,酶活性实验结果表明这些骤变使得该蛋白与其他哺乳动物比较具有更高的运用乙酰辅酶A组成羟甲基戊二酰辅酶A的酶活性,或许赋予了反刍动物更高效的能量代谢功率。抑菌圈实验发现反刍动物新发生的基因(DEFB1和LYZ1)可以挑选性地按捺革兰氏阳性菌,这一结果表明经过新基因的发生,瘤胃或许具有了特异调控微生物群落的功用。
  该研讨提醒了瘤胃功用立异的遗传进化根底,判定到的瘤胃中心基因及其特异骤变为往后研讨瘤胃的发育基因调控网络,以及瘤胃与微生物群之间的相互作用供给了一个起点。一起,该研讨也为进一步优化进步反刍牲畜出产功能供给了新的思路。开宣布的E50办法为杂乱器官的特异表达基因的研讨供给簇新的途径,有望被广泛运用。   瘤胃调控微生物。A.瘤胃要害基因在IL17信号通路和金黄色葡萄球菌感染通路中触及的多种遗传机制,B.瘤胃新基因DEFB1和C. 新基因LYZ1对金黄色葡萄球菌有抑菌活性。
  该研讨得到国家有关项目及校园高功能核算渠道的支撑。
  原文链接:http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-020-1828-8 日期:2020-11-17  

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