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多学科联合揭示企鹅的演化历程与适应环境的分子机制
2022-07-20 来源:生物多样性基因组学研究课题组 作者:
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  企鹅大约在六千万年前失去了飞行能力,转而具备了鸟类中最强的潜泳能力。由于企鹅具有适应海洋生态系统和极端生态系统的形态、生理等特征,因此是研究生物二次适应水生环境的的范例,也是研究生物适应地球极端环境的重要对象。企鹅作为全球变化对生态系统健康影响的哨兵,对环境变化也非常敏感。

  美高梅游戏官方版生物多样性基因组学研究课题组张国捷研究员团队与华大生命科学研究院合作的研究团队以企鹅为研究对象在研究中融合了系统基因组学、古生物学、生物地理学、形态学、功能与行为学等学科手段,综合了灭绝物种类群和现生类群的比较分析,对企鹅的演化历程、环境适应与响应等三方面进行了分析。研究结果以“ Genomic insights into the secondary aquatic transition of penguins”为题,于2022719日在Nature communications在线发表。目前研究成果已经被包括中国科学报(头版)、光明日报、文汇报、现代快报、National geographic、Natural History Museum、South China Morning Post(气候专题首页)、The New York Times等等多家国内外知名媒体报道。


  科研团队在全球范围收集了包括化石物种在内的几乎所有已知的74种企鹅的形态及地理等数据,构建了全部24种现存企鹅和近代灭绝的3种企鹅的高质量基因组数据集,并融合了系统基因组学、古生物学、形态学与行为学等手段,综合了灭绝物种类群和现生类群的比较分析,厘清了企鹅成员之间的演化关系,重建了企鹅的演化历史:研究发现大约6500万年前的时候,企鹅的祖先在古西兰地区出现了。大约1400万年前,现代企鹅的共同祖先出现在了古南美洲。它们向南极洲扩散并首先在南极半岛和南极大陆分化形成了王企鹅属,之后,其他现代企鹅分支也先后出现。

  研究还发现在六千多万年以来,企鹅形体型逐渐趋向小型化;喙、四肢等形态特征逐渐转变为更适合海洋环境的特征;企鹅的物种数目由于冰期事件的影响,也与温度也呈现了相反的变化趋势。同时,在演化速率方面,帝企鹅等高纬度的企鹅具有比低纬度企鹅显著更快的演化速率,表明了南极极端环境给高纬度企鹅带来了较大的环境压力,伴随冰期和气候波动等环境事件,进一步推动了企鹅的迁徙、演化与分化,在一定程度上也促进了高纬度物种对极端环境的适应。此外,研究还找到了一系列与体温调节、味觉偏好、肢体发育、骨骼生长和免疫系统等多相关的受到选择的基因,揭示了企鹅对寒冷环境适应以及水下生活的潜在分子机制。


  美高梅游戏官方版昆明动物研究张国捷教授和丹麦哥本哈根大学的Theresa L. Cole博士是论文共同通讯作者深圳华大生命科学研究院的周程冉博士和生物信息分析师方妙全是论文的共同第一作者。该项目得到了科技部国家重点研发计划海洋环境安全保障专项、美高梅游戏官方版国际伙伴计划、国家自然科学基金、维拉姆基金会及深圳国家基因库的支持。该项目也属于万种鸟基因组计划项目。

  论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-31508-9



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