中科院揭秘蛇类进化：五步蛇基因组揭示后肢退化之谜
中科院揭秘蛇类进化：五步蛇基因组揭示后肢退化之谜
2016年10月，一项由中国科学家主导的五步蛇基因组研究在国际权威期刊《自然通讯》发表，为揭示蛇类进化之谜提供了新的线索。这项研究由深圳国家基因库、中山大学和浙江大学等机构合作完成，首次报道了蝰蛇科物种的基因组图谱，并对蛇类进行了详细的比较基因组学研究。
研究团队通过对五步蛇的基因组和不同组织转录组进行深度测序，成功绘制出了高质量的五步蛇基因组图谱。结合已发表的蛇类（红尾蚺、缅甸蟒、眼镜王蛇）和绿蜥蜴的比较基因组学研究，研究人员系统地重塑了蛇类基因组特征、基因家族、功能基因以及性染色体的演化历程。
研究发现，蛇类基因组中的转座子呈现物种特异性的扩张。转座子在五步蛇的脑组织中特异性表达，并和邻近基因的表达相关联。这些基因显著富集于环境应激和脑信号通路，表明在漫长的演化过程中，转座子对于蛇类基因组的塑造和基因功能的调控发挥着重要作用。
研究人员通过对不同蛇类基因家族、功能基因的比较分析，发现了许多与蛇类适应性进化以及功能退化相关的遗传变化。长久以来，人们普遍认为蛇类后肢的退化发生在蛇类的共同祖先。然而本研究对Hox基因及其他肢体发育、体节发生相关基因的进化分析表明，蛇后肢的退化是在蛇的共同祖先完全丧失前肢后，在不同蛇类分支中独立发生的。
这一发现颠覆了传统的认知，揭示了蛇类后肢退化是一个更为复杂的过程。此外，与视觉、听觉相关的基因在蛇类中都发生了不同程度的丢失和退化，而嗅觉受体基因在蛇类中发生了特异性的扩张，红外受体基因在五步蛇中发生了适应性进化。这些功能基因的变化可能与蛇的祖先从地底转移到地表，适应不同环境相关。
与其它蝰蛇、眼镜王蛇相比，五步蛇具有截然不同的毒液成分，某些毒素家族基因（例如蛇毒金属蛋白酶、C-型凝集素蛋白、蛇毒丝氨酸蛋白酶）发生了特异性扩张并具有物种表达特异性。这说明五步蛇和眼镜王蛇遗传物质的差异导致了各自毒液系统的特异性。
利用测序序列在雌雄基因组上的深度差异和特异性，研究人员获得了五步蛇的Z、W性染色体序列。通过不同蛇科性染色体间的比较研究，研究人员推断出新蛇总科（包含了85%的现存蛇种，细分为六个蛇科)祖先的性染色体至少经历了三次重组抑制事件，进而导致W染色体的退化，从而解释了五步蛇高度分化异型性染色体的演化历程。
本研究首次报道了蝰蛇科物种的基因组图谱，并对蛇类进行了详细的比较基因组学研究，加深了人们对蛇表型演化和适应性遗传基础的认识。这一发现不仅为我们理解蛇类的进化历程提供了新的视角，也为进一步研究爬行动物的演化提供了重要的参考。
除了基因组学研究，古生物学证据也为蛇类的进化提供了重要线索。蛇类化石记录显示，早期蛇类确实保留了一些蜥蜴的特征，如头骨结构的相似性。这些化石证据支持了蛇类从蜥蜴祖先演化而来的假说。
蛇类的进化是一个漫长而复杂的过程，涉及多个方面的适应性变化。从四肢的消失到身体的延长，从感官系统的重塑到毒液系统的演化，每一个特征的变化都反映了蛇类对特定生态环境的适应。中科院成都生物研究所的这项研究为我们揭示了蛇类进化背后的遗传机制，为我们理解这一独特生物类群的演化历程提供了新的视角。