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蛇类是怎样演化来的？它为什么没有四肢？身体为什么那么长？19日，《细胞》在线发表了一项关于蛇类的起源与演化机制的研究成果。基于多组学大数据与多学科交叉技术，我国科研人员揭示蛇类起源于约1.18亿年前的早白垩纪，其祖先可能是某种蜥蜴；同时，他们还阐明了蛇类四肢缺失、身体延长、肺不对称发育等特殊表型的遗传机制。
蛇类是脊椎动物的重要类群，全球共有约4000种，广泛分布于除南极洲外的各大洲陆地和海洋。在进化历史上，蛇类处于脊椎动物演化的关键节点，它演化出了四肢缺失、身体延长、左右肺不对称发育等特殊表型。“从科学上揭示这些特殊表型的遗传机制，对理解脊椎动物演化历史具有重要意义。”论文通讯作者、中国科学院成都生物所研究员李家堂强调。
此次，研究人员选取了全球极具代表性的不同支系的蛇类，结合多组学及基因编辑等多学科交叉研究手段，系统阐释了蛇类的起源与特殊表型演化的遗传机制。
蛇类特有性状的演化遗传机制。
基于染色体水平蛇类基因组数据集，研究人员构建了迄今最有力的蛇类系统发育基因组学框架，推断出蛇类起源于约1.18亿年前早白垩纪，支持了蛇类是由蜥蜴演化而来的假说。
同时，基于比较基因组学与基因编辑等研究，研究人员发现，蛇类PTCH1蛋白特异性缺失的三个氨基酸残基，可能是其四肢缺失的重要遗传机制之一；大量编码及非编码调控元件的快速演化驱动了蛇类身体的延长。
“为适应身体延长，蛇类的内脏器官发生了不对称发育，如其左肺大多趋近于退化，而右肺则较为发达。”李家堂说，蛇类丢失了控制器官对称发育的DNAH11和FXJ1B基因，是其左、右肺不对称发育的重要遗传因素。
此外，研究人员还探讨了红外感应蛇类和穴居的盲蛇类物种特殊表型的演化遗传机制。研究发现，与热响应相关的PMP22基因和与三叉神经发育相关的NFIB基因的非编码调控元件的趋同演化，是部分蛇类感知红外光谱的重要遗传驱动力。而盲蛇类物种则通过RPGRIP1等基因的丢失及CHIA等基因的快速演化以适应穴居生活，并形成专食蚂蚁及蚂蚁卵的食性。
李家堂表示，这项研究率先启动了爬行动物大规模组学研究，对理解脊椎动物演化历史具有重要意义，将为人类相关疾病的防治提供重要科学支撑，并推动动物演化生物学等相关学科的发展。
“未来，我们将聚焦开发玉米蛇为模式动物并开展演化发育生物学研究。同时，围绕蛇毒等重要遗传资源的挖掘和运用，为抗蛇毒血清及蛇毒衍生药物的研发提供科学支撑。”李家堂说道。
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