科技日?qǐng)?bào)記者 趙漢斌

回聲定位是哺乳動(dòng)物趨同進(jìn)化的經(jīng)典范例。記者2日從中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所獲悉，該所施鵬研究員團(tuán)隊(duì)與劉振研究員團(tuán)隊(duì)合作，首次從表觀遺傳調(diào)控層面揭示了不同回聲定位哺乳動(dòng)物海馬腦區(qū)存在的分子趨同機(jī)制，為理解這一復(fù)雜行為的進(jìn)化起源提供新視角。該研究成果在線發(fā)表于英文期刊《科學(xué)中國·生命科學(xué)》。

在漫長(zhǎng)歷史中，至少有蝙蝠、齒鯨、豬尾鼠等5個(gè)遠(yuǎn)緣哺乳動(dòng)物類群獨(dú)立形成了回聲定位的本領(lǐng)。這種能力依賴聽覺系統(tǒng)和神經(jīng)處理機(jī)制，展現(xiàn)出驚人的功能相似性，是研究自然選擇如何重復(fù)塑造復(fù)雜性狀的理想模型。

施鵬、劉振等人創(chuàng)新性整合染色質(zhì)可及性測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和透射電鏡等技術(shù)手段，系統(tǒng)比較中華菊頭蝠、普通長(zhǎng)翼蝠等回聲定位蝙蝠與大婁山豬尾鼠的海馬區(qū)基因調(diào)控特征。研究發(fā)現(xiàn)，這些物種海馬區(qū)存在222個(gè)共享開放染色質(zhì)區(qū)域，數(shù)量顯著高于隨機(jī)預(yù)期。共享區(qū)域在回聲定位物種中促進(jìn)形成更復(fù)雜基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，與突觸可塑性相關(guān)通路密切相關(guān)。透射電鏡觀察結(jié)果顯示，豬尾鼠海馬區(qū)突觸密度和線粒體密度顯著高于實(shí)驗(yàn)室小鼠，與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)功能強(qiáng)化一致。研究還發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)聽覺相關(guān)基因在海馬區(qū)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中異常活躍，可能參與空間定位等功能構(gòu)建。

此項(xiàng)研究，還突破了傳統(tǒng)研究主要關(guān)注蛋白質(zhì)編碼基因趨同進(jìn)化的局限，證實(shí)非編碼調(diào)控區(qū)域的進(jìn)化重復(fù)性同樣是行為趨同的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力；另一方面確立了豬尾鼠這一新型模式動(dòng)物類群的研究?jī)r(jià)值，其與實(shí)驗(yàn)室小鼠相近的遺傳背景為未來深入解析回聲定位的神經(jīng)機(jī)制提供了理想平臺(tái)。這一重要成果，不僅為理解復(fù)雜性狀的進(jìn)化機(jī)制提供了新范式，也為未來揭示回聲定位的神經(jīng)編碼原理和演化規(guī)律奠定了重要基礎(chǔ)。