研究揭示宿主基因組趨同是地下哺乳動物適應穴居生活的趨同演化基礎

　　趨同演化是指親緣關系較遠的物種在相似環境或生活方式下，獨立演化出相似的表型或特征。地下哺乳動物獨立演化出多種適應性表型和特征，以應對極端地下環境帶來的低氧、黑暗等挑戰，是研究特殊環境適應性演化與趨同演化的理想模型。目前，地下哺乳動物的適應性演化和趨同演化機制的研究集中在基因組層面，而轉錄組和腸道微生物組水平的研究相對匱乏。

　　近日，中國科學院動物研究所研究員胡義波與中國科學院院士魏輔文團隊合作，從多組學角度開展了地下哺乳動物趨同演化機制研究，闡明宿主基因組趨同而非腸道微生物組趨同是地下哺乳動物適應地下極端環境的趨同演化基礎，為地下哺乳動物適應性演化和趨同演化提供了多組學見解。

　　該研究通過Nanopore測序、Illumina測序和Hi-C測序，組裝了一只雄性中華竹鼠的染色體水平基因組。基因家族收縮擴張分析顯示，與其他嚙齒動物相比，中華竹鼠基因組中Hsp90基因家族發生擴張；10個Hsp90基因拷貝可能與其適應地下低氧環境相關。腸道微生物組分析表明，地下哺乳動物擁有各自的優勢菌屬，且其菌群功能與低氧環境適應或免疫調控等不同通路相關。研究以小鼠為對照，分別采集中華竹鼠和小鼠的眼球、眼周和牙周組織進行轉錄組測序。比較轉錄組分析發現了中華竹鼠視覺感知調控基因和牙齒發育相關基因的顯著差異表達。

　　進一步，比較基因組學分析發現，在中華竹鼠、盲鼴鼠、裸鼴鼠、土黃鼴形田鼠四種地下哺乳動物的基因組中存在多個與低氧、免疫、聽覺和視覺感知相關的趨同適應信號。其中，與視覺發育和感知相關的Megf11（A438S）的氨基酸趨同變化存在于地下哺乳動物，也在部分夜行性動物中出現，呈現出與黑暗環境適應相關的趨同演化現象。同時，編碼角蛋白9的Krt9基因在多個地下哺乳動物支系中均發生假基因化，可能與其長期挖掘行為相適應。然而，地下哺乳動物腸道微生物組的結構和功能沒有表現出趨同演化，而是主要受到宿主的系統發育和腸道形態結構的影響。

　　該研究從多組學視角探討了地下哺乳動物適應洞穴環境的適應性演化和趨同演化機制，闡明地下哺乳動物穴居適應的趨同演化是由宿主基因組趨同而非腸道微生物組趨同驅動，為地下哺乳動物的適應性演化和趨同演化提供了新認識。

　　相關研究成果在線發表在《細胞報告》（Cell Reports）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。