艾德思：大爆发西北工业大学一天连发3篇Science



2019年6月21日,西北工业大学同时发表了3篇Science 论文,这些研究使用基因组分析来解决主要反刍动物谱系之间的进化关系,确定参与头带进化的基因,并研究驯鹿怎样适应北极地区漫长的日夜.

其中, 西北农林科技大学姜雨,西北工业大学王文及邱强共同通讯在Science 在线发表题为'Genetic basis of ruminant headgear and rapid antler regeneration"的研究文章,该研究从牛科动物和鹿科动物中获得了221个转录组,并对三个基因组进行了测序,这三个基因组代表了两个聚合缺乏头带的pecoran谱系. 该成果第一单位为西北农林科技大学,第一作者为姜雨教授的博士生王禹,姜雨/王文/邱强为共同通讯作者.

这些研究使我们能够更好地了解熟悉的家养奶牛,绵羊和鹿及其野生近缘种,并深入了解占据世界草原的羚羊,长颈鹿,野牛和叉角羚的适应性.最后,Science 对于这三项研究进行了系统介绍.

一

反刍动物是最成功的哺乳动物谱系之一,具有广泛的形态和生态多样性,包含几种主要的牲畜物种,如牛,水牛,牦牛,绵羊和山羊. 反刍动物已经进化出几个不同的特征,例如多腔胃,颅附件(头带),专门的牙列,高度游动的运动,以及各种体型变化. 尽管它们具有生物学意义和对人类社会的价值,但反刍动物的进化历史尚未完全解决,其特定特征背后的分子机制仍然未知.

西北工业大学王文,张国杰及丹麦哥本哈根大学Rasmus Heller共同通讯在Science在线发表题为'Large-scale ruminant genome sequencing provides insights into their evolution and distinct traits"的研究文章,该研究对44种反刍动物的基因组进行了从头组装,代表了跨越所有六个家族的36个属.结合五个先前发表的bovid基因组,两个已发表的cervid基因组,以及最近更新的化石信息,该研究构建了该组的时间校准系统发育树,分析了物种种群历史,并研究了这些物种基因组进化.该研究结果不仅为了解这一重要哺乳动物群体的起源和进化及其特殊性状提供了数据,而且还具有将反刍家畜基因组资源置于进化背景和保护反刍动物生物多样性的意义.

二

驯鹿(Rangifer tarandus)自然分布在北极和亚北极地区. 因此,这些动物已经进化到面临许多挑战,包括暴露于严寒,冬季有限的食物供应,以及极长的光照或黑暗时期. 与所有其他鹿类物种不同,雄性和雌性驯鹿每年都会生长落叶鹿角. 此外,驯鹿是鹿科中唯一完全驯化的物种. 然而,对这些性状的潜在遗传原因知之甚少.

西北工业大学王文,邱强及中国农业科学院特种动植物研究所李志鹏共同通讯在Science 发表题为'Biological adaptations in the Arctic cervid, the reindeer (Rangifer tarandus)"的研究文章,该论文被选为本期Science的封面论文.该研究发现维生素D代谢途径中涉及的两个基因(CYP27B1和POR)在驯鹿中处于阳性选择状态;另外,该研究还确定了在脂肪代谢中发挥作用的基因,包括APOB和FASN.有趣的是,该研究还发现驯鹿CCND1基因上游的突变赋予雄激素受体额外的功能性结合基序,因此可能导致雌性鹿茸生长.总而言之,该研究结果揭示了北极鹿的广泛特征的遗传基础,并为理解哺乳动物对北极的适应性策略提供了基础.比较基因组研究和功能分析鉴定了许多基因,这些基因具有与昼夜节律性心律失常,维生素D代谢,顺应性和鹿茸生长相关的功能,以及独特突变和/或正选择的基因.该结果可能提供与人类健康相关的见解,包括驯鹿中维生素D的遗传反应怎样影响骨骼和脂肪代谢以及基因怎样影响昼夜节律性心律失常.

三

除了Moschidae之外,所有的pecoran家族都有颅附属物或头饰,这是哺乳动物中独特的结构,在每个家族中具有不同的形态(长颈鹿的ossicones,叉角羚的pronghorns,cervids的鹿角和bovids的角). 此外,鹿茸是哺乳动物中唯一可再生的器官,因此为再生生物学提供了独特的模型. 鹿角也具有极快的生长速度,细胞增殖率甚至超过癌组织生长. 子宫颈癌的发病率也很低. 鹿生长的严格调节和鹿的肿瘤发生抑制之间的关系可以为人类和其他生物体的癌症预防和治疗提供见解.西北农林科技大学姜雨,西北工业大学王文及邱强共同通讯在Science 在线发表题为'Genetic basis of ruminant headgear and rapid antler regeneration"的研究文章,该研究从牛科动物和鹿科动物中获得了221个转录组,并对三个基因组进行了测序,这三个基因组代表了两个聚合缺乏头带的pecoran谱系.将数据与大量反刍动物基因组进行比较,检测出具有头带(PWH)的pecorans中的遗传变化.该研究揭示了反刍动物头带的进化,发育和组织学起源以及鹿角再生的遗传机制.已鉴定的基因及其独特的突变为未来头带发育,哺乳动物器官再生和肿瘤发生的功能研究提供了指导.

最后,Science 发表了题为"Resolving ruminants"的点评论文,该评论指出这些研究使用基因组分析来解决主要反刍动物谱系之间的进化关系,确定参与头带进化的基因,并研究驯鹿怎样适应北极地区漫长的日夜.这些研究使我们能够更好地了解熟悉的家养奶牛,绵羊和鹿及其野生近缘种,并深入了解占据世界草原的羚羊,长颈鹿,野牛和叉角羚的适应性.

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