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国家重点实验室于黎研究员团队在核糖核酸酶基因超家族分子进化研究中取得新进展

2022-12-12  

近年来,博发彩票注册于黎研究员团队在RNase A超家族分子进化研究方面取得了一系列成果,为深入了解新基因起源、新功能演变以及适应性进化遗传机制提供了崭新的视角。近期,团队在核糖核酸酶基因超家族分子进化研究中取得新进展,该研究成果以题为“Birth-and-death evolution of ribonuclease 9 genes in Cetartiodactyla”于2022年11月25日在线发表于Science China Life Sciences (影响因子为10.372;https://doi.org/10.1007/s11427-022-2195-x)。郎大田、王晓萍、刘纯兵为论文共同第一作者,于黎研究员和肖蘅教授为共同通讯作者。

基因重复是适应性进化的主要机制,基因重复及其功能分化是当前进化生物学研究领域的前沿领域。核糖核酸酶基因(RNase A)超家族作为脊椎动物特有的基因家族是分子进化研究的重要模型之一,该基因家族因频繁的基因重复和假基因化事件而在不同物种中存在不同的基因数量,从而产生了功能分化。

团队对与食性适应性进化紧密相关的RNase A成员RNase1基因的研究发现该基因在具有独特叶食性的灵长目疣猴亚科(叶猴类) (Molecular Biology and Evolution, 2010, 27, 121-31,)和食性多样化的食肉目熊超科物种 (Molecular Biology and Evolution, 2006, 23, 2326-35;Scientific Reports, 2014, 27, 4:5070)中发生了基因重复和受到适应性选择作用,而且发现除了与动物特殊食性适应性进化相关以外,还很有可能发生了功能分化,产生了新的功能。进一步对没有表现出特殊食性适应的一些哺乳动物RNase1的研究中也发现了基因重复和适应性选择,再次支持该基因可能具有除食性之外的其他生物学功能(Journal of Genetics and Genomics, 2017, 44, 219-222)。团队对与宿主防御相关的RNase A成员RNase6基因的研究发现该基因在哺乳动物最大类群啮齿目中的Ctenohystrica亚目中发生了基因重复,经历了“生与灭(birth-and-death)”的进化模式。基因重复产生的新基因的等电点发生变化,而且与抗菌功能相关的关键位点受到正选择作用和发生氨基酸改变,提示啮齿目的RNase6可能发生了功能分化(Integrative Zoology, 2019, 14, 306-317) 。

近日,团队对在哺乳动物中高度保守,并在雄性生殖功能中发挥作用的RNase A成员RNase9基因的研究发现该基因在鲸偶蹄目中的反刍亚目中发生了基因重复和假基因化,而且在其中一个重复基因的祖先枝上检测到正选择信号和正选择位点,结合等电点和功能分歧分析结果,表明重复基因发生了功能分化。进一步,对反刍亚目和非反刍亚目代表动物的基因表达实验发现这些基因在生殖组织中存在表达差异,推测与它们在促进精子成熟过程中承担不同的功能有关。此外,RNase9发生重复的时间恰好是反刍亚目动物繁盛的始新世中期,推测该基因重复可能有利于促进精子活力和雄性生殖率,从而使得反刍亚目动物更好地适应始新世中期气候季节性变化。相比之下,RNase9在鲸目的所有物种中都丢失,这可能与已报道的它们的生殖率低有关,可能有利于它们适应水环境和为生存需要生育后代,平衡海洋资源需求有关。

该研究得到国家自然科学基金委、云南省科技厅地方高校联合项目、云南省科技厅应用基础研究项目的支持。

供稿:国家重点实验室

编辑:李哲

责任编辑:王崴


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