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线粒体基因组的选择压力与动物运动能力相关  

2009-11-25 17:02:29|  分类: Envolution |  标签: |举报 |字号 订阅

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 近日,中国科学院昆明动物研究所张亚平院士课题组与“百人计划”施鹏研究员合作,提出了与能量供应相关的线粒体基因在不同飞行能力的鸟类中受到了不同的选择压力的科学假说,并在鸟类和哺乳动物中得到证实。该研究揭示了动物系统发育研究中最流行的标记——线粒体基因组的进化并非传统认为的中性进化,因为线粒体在能量代谢过程中起关键作用,物种运动功能相对应的能量需求对线粒体基因组的进化有很重要的影响。 

据了解,中性进化是从达尔文的自然选择学说之后发展起来的一个主流的有广泛影响的进化理论,由日本遗传学家木村资生于1968年首先提出。该学说主要认为,分子水平上的大多数突变是中性或近中性的,即没有之前认为的有益突变和有害突变,而是接近中性的,自然选择对它们不起作用,这些突变全靠一代又一代的随机漂变而被保存或趋于消失。 

具有飞行能力是鸟类区别于其他脊椎动物的最主要特征之一,也是该类群能从残酷的自然界竞争中生存、繁衍的主要原因之一。然而在现存的鸟类中,飞行能力呈现了多样化。比如:鹰和雕等飞禽具有良好的飞翔能力;与此相反的是企鹅、鸵鸟等鸟类的飞翔能力完全退化,而家鸡、环颈雉和锦鸡等鸟类的飞翔能力部分退化,只能短距离地滑翔飞行。鸟类的飞行是非常耗能的运动,约为动物奔跑所耗能量的3~15倍。而飞行及奔跑所需的能量主要是由细胞内的“能量工厂”线粒体提供的。线粒体是细胞里的细胞器,一般来说一个细胞里有上千个线粒体,生物体所需要的能量主要由线粒体产生。 

从2007年底开始,张亚平指导的博士研究生沈永义和孙艳波通过对76个鸟类线粒体全基因组序列的比较和分析,证实了飞翔退化组的鸟类线粒体基因所受到的选择压力显著地小于飞翔组。飞翔能力退化的鸟类,由于不飞行,需要比较少的能量就能维持运动,在其线粒体基因组中,即使发生轻微影响功能的突变,使其产能效率降低,对个体的生存、繁衍也没有太大的危害。因此,在飞翔能力退化的鸟类中的选择压力显著地放松,积累了更多的轻微影响功能的突变。为进一步揭示这个科学假说的普遍性,他们还研究了214个哺乳动物线粒体基因组,同样发现,奔跑运动能力弱的哺乳动物线粒体基因组受到的选择压力比奔跑运动能力强的哺乳动物显著地放松。

目前,该研究论文在线发表于国际学术期刊《基因组研究》上,同时,该研究组研究人员已在其他物种进一步论证了线粒体在生物运动能力进化上的重要作用。下一步,他们还将把线粒体基因组的某些位点进行定点突变,然后转到大肠杆菌等载体里,考察突变后的基因对载体的影响等。(张雯雯) 

《科学时报》 (2009-9-3 A1 要闻)

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