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中科院昆明动物研究所:世界首个现代蛙类基因组破译

2015-3-5 羊城晚报浏览1398次

高山倭蛙和它们的生活环境 (中科院昆明动物研究所供图)

高山倭蛙和它们的生活环境 (中科院昆明动物研究所供图)

 

  记者从中科院昆明动物研究所获悉,研究人员破译了青藏高原高山倭蛙的基因组,这是迄今为止破译的全世界首个“现代蛙类”基因组,也是目前破译的全世界第二个两栖动物的基因组。通过对蛙类基因组的测序和比较分析,可以对两栖动物的进化有更多的了解。


  高山倭蛙啥样

  爱“宅”在草丛和水边


  高山倭蛙,是西藏最常见的两栖类动物,分布最广,数量最多。它们的个头较小,一般只有3~4厘米,最小的只有指甲盖大小。生活在青藏高原海拔2850~5000米的湖泊、水塘、沼泽地带,以及山溪、河流周围。在青藏高原海拔4500米以上地带,唯一能见到的蛙类就只有高山倭蛙了。对于很多人来说,每到夏天田野里总会响起蛙声一片,让人放佛回到童年。但高山倭蛙没有声囊,不能带给人们“听取蛙声一片”的惬意。

  许多时候这种蛙类只是在草丛、水边趴着不动或是慢慢爬着,它们的身手并不敏捷,就算跳起,也跳不远、跳不快。它们的背面皮肤粗糙,多为橄榄棕色,有的黄棕灰棕或棕褐色,背上还有深棕或黑褐色斑纹;而腹部皮肤光滑,为土黄色或灰白色。

  破译基因组

  打开首个现代蛙类生命密码

  那么,为什么要研究这种高山倭蛙?这要从两栖动物的重要性说起。

  两栖动物是脊椎动物的一个重要分支,目前已知的物种有7000多个,代表着脊椎动物从水生到陆生这一伟大转变的过渡类群。对两栖动物进行研究,可以帮助人们更好地了解脊椎动物的进化模式及其背后的分子机制。

  不过,此前对两栖动物这一重要的生物类群,仅有热带爪蟾的基因组被破译。爪蟾属于“古老蛙类”的一种,而目前95%以上的蛙类属于“现代蛙类”,这在一定程度上限制了人们对两栖动物基因组特性的认识。

  中科院昆明动物研究所张亚平院士以及车静研究员课题组,与华大基因国家基因库、德克萨斯大学奥斯汀分校等单位合作,成功破译了高山倭蛙的基因组,这是全世界首个现代蛙类的基因组。

  研究揭示

  两栖动物进化速率较慢


  热带爪蟾和高山倭蛙在基因组上有什么不同?

  研究人员通过对比两者的基因组发现:高山倭蛙拥有更大的基因组,比非洲爪蟾多了近800m的基因组序列(高山倭蛙基因组2.3g,非洲爪蟾1.5g)。通过对全基因组数据分析,研究人员推算出高山倭蛙和非洲爪蟾的分歧时间大约在2.66亿年前。

  尽管两者分歧的时间很久远,但它们的染色体间的重排特别少,说明蛙类基因组可能具有相对较慢的进化速率。这一猜想在染色体内部重排速率、基因区及全基因组的替换速率等多个层面都得到证实,揭示两栖动物,甚至整个冷血动物,具有比恒温动物更低的进化速率。

  同时,通过分析染色体断裂、融合事件,还发现人的染色体间重排最剧烈,鸡和两栖动物染色体间重排相对较少。

  最后,该研究还发现了高山倭蛙特有的三类抗菌肽,其中一类已被证实在氧化应激和应对病原微生物方面具有重要作用,提示这些特有抗菌肽的存在可能在高山倭蛙适应高海拔环境中起一定保护作用。
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