基因组水平蝙蝠嗅觉受体基因的分子进化

翼手目动物(俗称蝙蝠)的食性分化显著,不同食性的蝙蝠具有显著不同的嗅球大小。为了研究嗅觉是否影响了蝙蝠食性的进化,我们利用网上已公布的10种蝙蝠基因组的数据,通过同源比对的方法鉴定出所有的嗅觉受体基因,并进行嗅觉受体基因亚家族的分类,进而比较嗅觉受体基因亚家族的数目差异。结果显示,蝙蝠的嗅觉受体基因与其它哺乳动物一样,都可以分为13个单系起源的亚家族;在Yinpterochiroptera亚目中,OR1/3/7、OR2/13、OR5/8/9等3个嗅觉受体亚家族在食果蝙蝠中均发生了不同程度的扩张,基因数目显著地多于食虫蝙蝠,提示嗅觉在食果蝙蝠取食过程中具有重要的作用。因此,本研究在基因组水平上重现了蝙蝠嗅觉受体基因的进化历史,揭示了3个嗅觉受体基因亚家族的功能可能与食果蝙蝠的食性相关,突出了嗅觉对动物食性的重要作用。

脊椎动物甜味和鲜味受体基因演化的研究进展

味觉是动物最重要的生理感觉之一。动物有五种基本味觉形式帮助其选择不同的食物,其中甜味和鲜味受体由Tas1r基因家族编码,分别能够帮助动物识别和摄取碳水化合物和氨基酸,对于绝大多数动物的生存至关重要。最近的基因组学和分子生物学研究表明,脊椎动物的Tas1r基因演化历程复杂,其基因数目和蛋白功能在不同类群中存在明显差异。Tas1r基因起源于软骨鱼(Chondrichthyes),在辐鳍鱼(Actinopterygii)中发生扩张,辐鳍鱼的Tas1r2/Tas1r3二聚体能够感知甜味和鲜味。在两栖类、爬行类和哺乳类中主要有3个Tas1r家族成员,Tas1r1/Tas1r3二聚体和Tas1r2/Tas1r3二聚体分别感知鲜味和甜味;在鸟类中,其早期的演化就丢失了Tas1r2,但是部分鸟类的Tas1r1/Tas1r3发生功能创新,能够同时感知甜味和鲜味。本文综合了Tas1r基因演化的相关研究进展,梳理了脊椎动物Tas1r基因家族的起源、演化和功能创新,有利于更深入地理解食物偏好在物种演化进程中的作用,为未来的相关研究指明方向。

祖先甜味基因重建揭示了蝙蝠祖先可能为杂食性

学术界关于蝙蝠飞行和回声定位能力的演化顺序一直存在争议.由于蝙蝠普遍具有飞行和回声定位能力,其祖先常被认为是夜行性食虫动物;也有研究认为,蝙蝠祖先是昼行性食果动物,并推测飞行在回声定位能力之前获得.目前缺乏来自化石的直接证据,但通过研究与食性相关基因的功能演化,可以获得新的线索.甜味觉与动物食性密切相关,在现生蝙蝠中,只有食果蝙蝠能够感知天然糖类,而食虫蝙蝠都丢失了该能力.为了解析蝙蝠祖先的食性演化历史及其在蝙蝠飞行和回声定位演化中的意义,我们重建并合成了蝙蝠主要祖先谱系的甜味受体基因,检测它们对天然糖类的感知能力.结果表明,翼手目、阴翼手亚目和狐蝠科的祖先甜味受体能够感知天然糖类,而阳翼手亚目和该亚目内其它两个祖先甜味受体基因均不能感知.本研究表明,现生蝙蝠的共同祖先能够感知天然糖类,根据蝙蝠的甜味觉与食性的关系,推测蝙蝠祖先为杂食性.本研究支持蝙蝠飞行能力早于回声定位能力获得的假说,即早期蝙蝠在没有回声定位的情况下可以在飞行中取食水果和昆虫.