由德克薩斯A&M獸醫(yī)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的一組科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究結(jié)束了關(guān)于哺乳動(dòng)物多樣化歷史的激烈科學(xué)辯論，因?yàn)樗c非鳥類恐龍的滅絕有關(guān)。他們的工作為過去100億年哺乳動(dòng)物的進(jìn)化時(shí)間表提供了明確的答案。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，是Zoonomia Project發(fā)布的一系列文章的一部分，Zoonomia Project是一個(gè)由來自世界各地的科學(xué)家組成的聯(lián)盟，正在使用歷史上最大的哺乳動(dòng)物基因組數(shù)據(jù)集來確定人類基因組的進(jìn)化歷史在哺乳動(dòng)物進(jìn)化史的背景下。他們的最終目標(biāo)是更好地確定人類和其他物種的特征和疾病的遺傳基礎(chǔ)。
德克薩斯A&M大學(xué)的研究 - 由獸醫(yī)綜合生物科學(xué)系教授William J. Murphy博士和墨菲實(shí)驗(yàn)室的副研究科學(xué)家Nicole Foley博士領(lǐng)導(dǎo) - 植根于系統(tǒng)發(fā)育，這是生物學(xué)的一個(gè)分支，處理生物和滅絕生物的進(jìn)化關(guān)系和多樣化。
“核心論點(diǎn)是關(guān)于胎盤哺乳動(dòng)物(在胎盤內(nèi)發(fā)育的哺乳動(dòng)物)是在白堊紀(jì) - 古近紀(jì)(或K-Pg)滅絕事件之前還是之后分化，該事件消滅了非鳥類恐龍，”弗利分享道。“通過進(jìn)行新型分析，只有由于Zoonomia的巨大范圍才有可能，我們回答了哺乳動(dòng)物在何時(shí)何地與K-Pg大滅絕有關(guān)的多樣化和進(jìn)化的問題。
這項(xiàng)研究是與加州大學(xué)戴維斯分校的合作者進(jìn)行的;加州大學(xué)河濱分校;美國自然歷史博物館得出結(jié)論，哺乳動(dòng)物在K-Pg滅絕之前開始多樣化，這是大陸漂移的結(jié)果，導(dǎo)致地球的陸地在數(shù)百萬年內(nèi)漂移并重新聚集在一起。另一個(gè)多樣化的脈沖發(fā)生在恐龍的K-Pg滅絕之后，當(dāng)時(shí)哺乳動(dòng)物有更多的空間，資源和穩(wěn)定性。
這種加速的多樣化速度導(dǎo)致了今天共享地球的哺乳動(dòng)物譜系的豐富多樣性 - 如食肉動(dòng)物，靈長類動(dòng)物和有蹄動(dòng)物。
墨菲和弗利的研究由美國國家科學(xué)基金會(huì)資助，是由博德研究所的Elinor Karlsson和Kerstin Lindblad-Toh領(lǐng)導(dǎo)的Zoonomia項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目還比較哺乳動(dòng)物基因組以了解顯著表型的基礎(chǔ) - 某些基因的表達(dá)，如棕色與藍(lán)色眼睛 - 以及疾病的起源。
弗利指出，胎盤哺乳動(dòng)物的多樣性既體現(xiàn)在它們的身體特征上，也表現(xiàn)在它們非凡的能力上。
“今天的哺乳動(dòng)物代表了巨大的進(jìn)化多樣性——從小大黃蜂蝙蝠的呼嘯飛行到巨大的藍(lán)鯨在地球浩瀚的海洋中游泳時(shí)的懶洋滑翔。多種物種已經(jīng)進(jìn)化為回聲定位，一些產(chǎn)生毒液，而另一些則進(jìn)化出抗癌性和病毒耐受性，“她說。
“能夠在遺傳水平上觀察哺乳動(dòng)物物種之間的共同差異和相似之處可以幫助我們找出基因組中對(duì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)至關(guān)重要的部分，”她繼續(xù)說道。“在不同物種中調(diào)整這種基因組機(jī)制導(dǎo)致了我們?cè)诋?dāng)今現(xiàn)存哺乳動(dòng)物中看到的特征多樣性。
墨菲分享說，F(xiàn)oley解決的哺乳動(dòng)物系統(tǒng)發(fā)育對(duì)于Zoonomia項(xiàng)目的目標(biāo)至關(guān)重要，該項(xiàng)目旨在利用比較基因組學(xué)的力量作為人類醫(yī)學(xué)和生物多樣性保護(hù)的工具。
“Zoonomia項(xiàng)目非常有影響力，因?yàn)樗堑谝淮我淮螌?duì)齊241個(gè)不同的哺乳動(dòng)物基因組并利用這些信息更好地了解人類基因組的分析，”他解釋說。“將這個(gè)大數(shù)據(jù)集放在一起的主要?jiǎng)恿κ悄軌驅(qū)⑺羞@些基因組與人類基因組進(jìn)行比較，然后確定人類基因組的哪些部分在哺乳動(dòng)物進(jìn)化史上發(fā)生了變化。
確定基因的哪些部分可以縱，哪些部分不能在不對(duì)基因功能造成傷害的情況下改變，這對(duì)人類醫(yī)學(xué)很重要。最近由墨菲和弗利的同事之一，德克薩斯A&M遺傳學(xué)家Scott Dindot博士領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究使用比較基因組學(xué)方法開發(fā)了一種針對(duì)Angelman綜合征的分子療法，這是一種毀滅性的，罕見的神經(jīng)遺傳疾病，由大腦中母體UBE3A基因的功能喪失引發(fā)。
Dindot的團(tuán)隊(duì)利用了Zoonomia Project確定的相同的進(jìn)化約束措施，并應(yīng)用它們來確定一個(gè)關(guān)鍵但以前未知的遺傳靶點(diǎn)，可用于挽救人類神經(jīng)元中UBE3A的表達(dá)。
墨菲說，通過使用歷史上最大的數(shù)據(jù)集來擴(kuò)展比較哺乳動(dòng)物基因組的能力將有助于為其他物種植根于遺傳學(xué)的疾病開發(fā)更多的治療方法，包括貓和狗。
“例如，貓的生理適應(yīng)植根于獨(dú)特的突變，使它們能夠食用對(duì)人類極其不健康的高脂肪，高蛋白飲食，”墨菲解釋說。“Zoonomia的241個(gè)物種排列的一個(gè)美麗方面是，我們可以選擇任何物種(不僅僅是人類)作為參考，并確定該物種基因組的哪些部分可以自由改變，哪些部分不能容忍變化。例如，就貓而言，我們可能能夠幫助識(shí)別這些物種的遺傳適應(yīng)性，這些適應(yīng)可能導(dǎo)致人類心血管疾病的治療靶點(diǎn)。
墨菲和弗利的系統(tǒng)發(fā)育在隨后的許多論文中也發(fā)揮了重要作用。
“這是涓滴基因組學(xué)，”弗利解釋說。“對(duì)我來說，作為更廣泛項(xiàng)目的一部分，最令人欣慰的事情之一是看到有多少不同的研究項(xiàng)目通過在他們的分析中納入我們的系統(tǒng)發(fā)育而得到增強(qiáng)。這包括對(duì)瀕危物種的保護(hù)基因組學(xué)的研究，以及那些研究不同復(fù)雜人類特征進(jìn)化的研究。
Foley說，明確回答關(guān)于哺乳動(dòng)物起源時(shí)間的激烈爭論的問題，并產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)展的系統(tǒng)發(fā)育，為未來幾代研究人員奠定基礎(chǔ)，這既有意義又有意義。
“展望未來，這種大規(guī)模的基因組比對(duì)及其哺乳動(dòng)物基因組進(jìn)化的歷史記錄將成為每個(gè)人在哺乳動(dòng)物中提出比較問題時(shí)要做的一切的基礎(chǔ)，”她說。“那真是太酷了。”
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