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“兩棲爬行動(dòng)物保護(hù)協(xié)會(huì)”擬面向全國(guó)致力于兩棲爬行動(dòng)物科普知識(shí)宣傳與保護(hù)的志愿者協(xié)會(huì)。目前已受到中科院成都生物所兩棲爬行動(dòng)物研究中心等相關(guān)部門(mén)的強(qiáng)力支持。協(xié)會(huì)立足于中國(guó)兩棲爬行動(dòng)物研究中心——中科院成都生物所兩棲爬行動(dòng)物研究中心。協(xié)會(huì)計(jì)劃每年開(kāi)展系列科普宣講活動(dòng)，能與各個(gè)大學(xué)、研究所、自然保護(hù)區(qū)、動(dòng)物園、政府部門(mén)、社會(huì)團(tuán)體等機(jī)構(gòu)展開(kāi)合作。
鳥(niǎo)類(lèi)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(guò)10000種的鳥(niǎo)類(lèi)，關(guān)于它們的進(jìn)化歷程和多樣性的成因，一直以來(lái)都是生物學(xué)家們所關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)在我們已經(jīng)大概知道，鳥(niǎo)類(lèi)是在大約1.5億年前由獸腳亞目恐龍進(jìn)化而來(lái)的。它們成功地度過(guò)了6500萬(wàn)年前的大滅絕，并在隨后的新生代和哺乳動(dòng)物一起迎來(lái)了大爆發(fā)?，F(xiàn)生鳥(niǎo)類(lèi)的那些典型特征，就是這個(gè)漫長(zhǎng)進(jìn)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(duì)鳥(niǎo)類(lèi)的觀察已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百年之久，然而鳥(niǎo)類(lèi)的這些特征在分子水平上是怎么進(jìn)化的，人們對(duì)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(niǎo)類(lèi)，它同時(shí)也是科學(xué)研究中最常見(jiàn)的鳥(niǎo)類(lèi)模式動(dòng)物。近些年來(lái)，斑胸草雀（zebra finch）也在科研活動(dòng)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(niǎo)遍及整個(gè)世界。出乎意料的是，針對(duì)雞和斑胸草雀的一項(xiàng)研究，能夠?yàn)槿藗兞私饣蛟邙B(niǎo)類(lèi)中的進(jìn)化歷史作出貢獻(xiàn)。
圖1. 左邊是斑胸草雀（來(lái)自維基百科）
？？？ 在這個(gè)研究中，來(lái)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(gè)雞和斑胸草雀中的蛋白編碼直系同源基因。他們首先對(duì)這些基因在這兩個(gè)物種中的非同義替代率和同義替代率的比值（dN/dS）進(jìn)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(gè)平均值，實(shí)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(dá)的基因其dN/dS最小，而消化系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)中高表達(dá)的基因dN/dS最大。要知道，dN/dS通常是可以用來(lái)衡量蛋白編碼基因的進(jìn)化速率的，這個(gè)值越大，說(shuō)明進(jìn)化速率越快，也就是說(shuō)這個(gè)基因編碼的蛋白和相關(guān)的功能進(jìn)化得越快。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，這兩種鳥(niǎo)類(lèi)相比，它們各自的進(jìn)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(shí)際上，這也是物種分化時(shí)常被觀察到的普遍現(xiàn)象，并沒(méi)有什么特別之處。
圖2. 基本趨勢(shì)-表達(dá)越高，進(jìn)化越慢
？
圖3. 各器官關(guān)鍵基因的平均進(jìn)化速率
？？？ 更有價(jià)值的信息來(lái)自和哺乳動(dòng)物的對(duì)比。以人和小鼠作為參考物種，他們鑒定了2686個(gè)直系同源基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一共有228個(gè)基因在兩種鳥(niǎo)類(lèi)中比起人和小鼠其進(jìn)化速率有顯著提升。這些基因極有可能代表了鳥(niǎo)類(lèi)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(rèn)知過(guò)程相關(guān)的基因。此外，著色基因在鳥(niǎo)類(lèi)中也比哺乳類(lèi)進(jìn)化速率更快，從分子上解釋了鳥(niǎo)類(lèi)為什么有色彩斑斕的羽毛。
圖5. 涉及比較的各物種進(jìn)化樹(shù)和平均dN/dS
*名詞解釋*
直系同源基因：是指進(jìn)化上起源于同一個(gè)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(guò)程而產(chǎn)生的，通常功能比較相似。
dN/dS：指非同義替代位點(diǎn)的非同義替代率和同義替代位點(diǎn)的同義替代率的比率，可以用來(lái)衡量蛋白編碼基因的進(jìn)化速率；dN/dS越大，進(jìn)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(guó)科普博覽-從水到陸專欄 首發(fā)
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