PNAS：比較基因組分析揭示熊貓遺傳奧秘

　　中國科學院動物研究所的魏輔文研究員長期從事瀕危動物保護生物學研究，是大熊貓和小熊貓保護生態學等領域的權威科學家，2006年有關大熊貓分子生態學的研究成果曾入選了年度美國Discover雜志12大生物科技新聞，去年其研究組還在Science上發文揭示大熊貓維持異常低能量代謝的機制。最新一期的《美國國家科學院院刊》（PNAS）刊發了魏輔文研究組的最新成果：通過檢測一只雄性小熊貓的基因組序列，并把它與大熊貓的重組裝基因組進行了比較，從而闡明了熊貓趨同進化的遺傳基礎，并提出了一個通過基因組比對分析闡明趨同演化的例子。

　　盡管大熊貓和小熊貓都被分類為食肉動物，但它們是從食肉祖先單獨進化出來的，在大約4750萬年前相互分離，幾乎完全依靠竹子生存，這種現象稱為表現型趨同，在親緣關系遠的物種之間觀察到了這種現象。此外，這兩個物種都有一個偽拇指，這可以讓這些動物靈巧地抓住竹子。

　　為了分析這類趨同的遺傳基礎，在這篇文章中，研究人員測定了一只雄性小熊貓的基因組序列，并把它與大熊貓的重組裝基因組進行了比較，發現了大熊貓和小熊貓獨立進化出諸如基于竹子的飲食以及偽拇指等共同特征的一個遺傳基礎。

　　基因組分析揭示出了70個基因的適應性趨同的跡象，包括涉及偽拇指發育的兩個基因DYNC2H1 和 PCNT的趨同的氨基酸取代。此外，涉及飲食蛋白質消化和氨基酸利用的酶，以及涉及維生素代謝與吸收的蛋白質，表現出了適應性趨同的跡象，這提示這些基因可能類似地進化出來，從而支持和補充一種基于竹子的飲食。

　　大熊貓和小熊貓的基因組都有10個偽基因，這是在進化過程中退役的基因的版本。尤其是能讓食肉動物嘗到肉的鮮味的TAS1R1基因在這兩個物種中都是偽基因，這反映了這些動物從食肉性到雜食性最終變為草食性的轉變。

　　此前，這一研究組與北京動物園和阿伯丁大學的學者合作，發現大熊貓每日能量消耗異常的低，幾乎與樹獺相似；并進一步從形態、行為、生理、遺傳和基因組等方面系統揭示了大熊貓維持異常低能量代謝的機制。

　　研究顯示，大熊貓維持異常低水平的能量消耗與其耗能器官（如大腦、肝臟和腎臟）縮小、活動水平降低和甲狀腺激素水平低等特征密切相關，而甲狀腺激素水平低很可能與其基因組上調控甲狀腺素合成通路中的一個特異遺傳突變相關。因此，通過維持異常低的能量代謝，大熊貓可采食高纖維低營養低能量的竹子而得以生存繁衍，這可能是在長期演化中大熊貓對其食性特化（專食竹子）的一種適應。