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中科院领导的一项研究使用染色体水平组装技术对14条蛇进行了基因组测序,为研究蛇的进化提供了高分辨率的基因组参考。研究团队使用了PacBio和Oxford Nanopore Technology的测序仪进行长读长测序,制作了来自12个不同家族的14条蛇的完整基因组草图。随后,他们使用BGI和Illumina平台测序仪进行了更短的读长和更高质量的测序,并利用Hi-C读取数据进行染色体级别的组装。

研究人员还分析了他们收集的数据以及先前对蛇、蜥蜴、乌龟、鳄鱼、鸟类和老鼠进行的基因组测序数据。通过分析基因组数据中与性状相关的基因的丢失、添加和保留,构建了蛇的进化图谱。

研究估计,蛇大约在1.18亿年前的早白垩世时期起源,并在6500万年前的大规模灭绝事件后经历了快速的多样化。

蛇的长而无腿的身体特征与新测序的蛇基因组中观察到的蛇特异性基因的缺失一致。蛇的细长身体也影响了其内脏器官(如肺)的形状。蛇的左肺通常缺失、残留或较右肺小。在调节左右对称发育的重要动力蛋白编码基因在蛇中缺失,插入了13个与肺发育相关的基因,可能改变了它们调节肺发育的方式。

视觉系统方面,观察到了与光感受器相关的基因缺失,蛇眼中15个感光细胞相关基因的表达显著上调。研究人员认为,早期蛇在返回光线充足的地表栖息地之前经历了长时间的低光穴居期。在这种情况下,蛇通过上调受保护的基因来重新适应表面光线,从而改变了蛇眼的结构和功能。

响尾蛇、蟒蛇和蟒蛇等蛇类谱系具有特殊的温度敏感红外感应器官和三叉神经。研究揭示了非编码基因围绕活性基因的集中再利用,这些基因参与细胞对热的反应。

对调节听力的基因的研究表明,基因丢失与蛇缺乏听力范围和某些声音感知有关。与此同时,其他基因调节因子的进化可能与内耳专门化和低频听力有关。这种听觉上的变化在穴居动物中也很常见,进一步说明它们的祖先可能来自地下环境。

除了对蛇进化和多样性的洞察,这项高质量的数据收集对于未来爬行动物生物学研究提供了可靠的基因组参考来源,并已公开发布。

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