生命科學(xué)與工程學(xué)院發(fā)表高水平論文：穿山甲蟻食習(xí)性和鱗片生成適應(yīng)性進化全新分子機制研究

發(fā)表時間：2023-01-13

       2022年12月31日, Molecular Biology and Evolution正式發(fā)表了廣西林科院,、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所和廣西大學(xué)合作的題為“High-quality genomes of pangolins: Insights into the molecular basis of scale formation and adaption to myrmecophagous diet”的研究論文,。

穿山甲是我國一級保護動物,，也是世界上僅存的鱗甲目哺乳動物，全球現(xiàn)存8種,，主要分布于非洲和亞洲的熱帶,、亞熱帶地區(qū)，以白蟻和螞蟻為食,，一只成年穿山甲飽食的胃內(nèi)容納有500克白蟻,，也被稱為“森林衛(wèi)士”。分布在中國境內(nèi)的主要是中華穿山甲和馬來穿山甲,，雖然穿山甲對生態(tài)平衡有重要意義,，但由于樣本獲取困難，缺乏高質(zhì)量基因組等因素，導(dǎo)致對其獨特生物學(xué)特征的分子研究還十分缺失,。本研究構(gòu)建了馬來穿山甲和中華穿山甲染色體級別基因組,，對穿山甲22個不同組織進行了的轉(zhuǎn)錄組測序分析，并對穿山甲背部長鱗片組織和腹部無鱗片組織進行了比較轉(zhuǎn)錄組,、蛋白質(zhì)組分析,。

穿山甲基因組構(gòu)建和注釋流程

通過物種間基因組轉(zhuǎn)錄組的比較分析發(fā)現(xiàn)，首先解釋了穿山甲為適應(yīng)蟻食性而在胃部形成厚重角質(zhì)層的分子機制,，穿山甲在進化過程中失去牙齒結(jié)構(gòu),，正是通過胃部的角質(zhì)層進行攆磨食物，這樣的胃部結(jié)構(gòu)也是穿山甲物種特有的,。研究發(fā)現(xiàn)穿山甲基因組皮膚結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域（EDC）經(jīng)歷了特殊的進化歷史,，大量角質(zhì)形成基因在穿山甲胃部得到超量表達，使其形成獨特胃部結(jié)構(gòu),。之前的研究都普遍認(rèn)為EDC基因可以合成皮膚角質(zhì)層形成不可或缺的蛋白,，因此在哺乳動物間高度保守，是只在皮膚組織中表達的一類基因,。然而穿山甲基因組和轉(zhuǎn)錄組學(xué)都表明其EDC基因的種類,、基因排列順序、組織特異性表達模式與近源物種都存在顯著差異,，這種調(diào)控的改變也使得穿山甲胃部獲得形成角質(zhì)層的能力,。

穿山甲EDC區(qū)域特有結(jié)構(gòu)變異的鑒定

穿山甲是哺乳動物中僅存少數(shù)幾種長有鱗片的，本研究另一方面研究鑒定到造就穿山甲鱗片堅硬特性最為關(guān)鍵蛋白,。在之前鱗片氨基酸成分的分析就已發(fā)現(xiàn)其擁有所有哺乳動物毛發(fā)中最高比例的酪蛋白,，然而其基因來源一直未知，通過構(gòu)建的完整的基因組分析發(fā)現(xiàn)穿山甲HGT-KRTAP家族發(fā)生特有擴張,，穿山甲HGT-KRTAP不僅是基因拷貝數(shù)目還是蛋白序列中酪蛋白所占比例都遠遠高于其他物種,，通過掃描穿山甲所有蛋白氨基酸含量，HGT-KRTAP也是穿山甲唯一一類有高酪蛋白含量特性的分子,。研究進一步比較穿山甲腹部毛發(fā)和背部鱗片的轉(zhuǎn)錄組和蛋白組,，幾乎全部HGT-KRTAP在鱗片中都有更為豐富的含量。

穿山甲HGT-KRTAP基因家族的擴張

該論文由佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院劉慶友教授為主要通訊作者,，廣西林科院閆鼎羽研究員,、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳基因組研究所優(yōu)秀青年基金獲得者阮玨研究員為共同通訊作者。佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院特聘青年研究員教師羅西爾和廣西大學(xué)唐佳斌碩士研究生為論文共同第一作者,。該研究得到國家自然科學(xué)基金（91731304,，U20A2051）、廣西卓越學(xué)者創(chuàng)新團隊等項目資助,。劉慶友教授團隊致力于多組學(xué)解析動物重要經(jīng)濟性狀形成的分子調(diào)控機制,，該團隊已在《Nature Communications》《National Science Review》等國際期刊發(fā)表了系列論文,。該項研究是團隊在多組學(xué)解析珍惜保護動物穿山甲重要性狀形成的調(diào)控機制研究的重要突破，對于穿山甲進化和獨特功能形成的分子機制具有重要意義,，同時對于穿山甲保護也具有一定的價值,。

（生命科學(xué)與工程學(xué)院）