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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、研究所、自然保護區(qū)、動物園、政府部門、社會團體等機構展開合作。
從北美隱鰓鯢看基因組的擴張
從水到陸
2014年12月27日作者：天羽
在2014年10月河南新鄉(xiāng)舉辦的中國動物學會兩棲爬行動物學分會學術研討會上，東道主河南師范大學對外公布了中國大鯢基因組測序的計劃與進展，引起了廣泛的關注。為什么大鯢的基因組比較特別呢？其本質的原因就是一個“大”字。據(jù)估計，中國大鯢的基因組達到50G左右。如果你對這個數(shù)字沒有概念，那么沒關系，可以和我們?nèi)祟愡M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。更進一步，在人的基因組中，真正編碼蛋白質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中是比較保守的，也就是說在大鯢中數(shù)量應該也差不多。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，差距達到6500倍左右（回憶一下中學課程里的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化過程中發(fā)生了擴張。
盡管中國大鯢的基因組測序還在進行當中，美國科羅拉多大學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張，增加了新的證據(jù)。他們同樣是進行基因組測序，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高通量測序平臺進行，他們一共得到了約2百萬條隨機序列，相當于整個北美隱鰓鯢55G的基因組的1.33%。
通過對這些隨機序列進行分析，研究人員發(fā)現(xiàn)一種叫做長末端重復逆轉座子（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逆轉座子的不成比例擴張是有尾類基因組擴張的最主要原因。通過對這些LTR逆轉座子進行系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)它們的擴張是隨著物種分化而進行的，而不是基因的水平轉移。
圖1. LTR逆轉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，這也可能是促進有尾類基因組擴張的一個原因。
圖2. 基因組丟失率的比較
除了基因組的進化，基因組擴張所造成的表型進化可能更值得研究?，F(xiàn)在的一些研究認為有尾類動物的一些特征可能與大基因組有關，比如骨骼和循環(huán)系統(tǒng)、增大的細胞核和細胞體積、以及降低的細胞分裂分化速率。但是，這些觀點大都是基于分析推導而缺少有效證據(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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