该研究解释了蛇是如何失去四肢的

蛇和蜥蜴是有鳞目动物中的爬行动物。它们有几个共同的特征，但它们在一个明显的方面是不同的：蛇没有四肢。这两个序列在一亿多年前发生了分歧。

确定参与这种肢体缺失的遗传因素是文章的重点，“朱丽安古森罗斯西托(Julianne Gusson Roscito)和《自然通讯》(Nature Communications)的合作者发表的文章“表型缺失与进化中基因调控景观的广泛分歧有关”。

这篇文章的另一个同样有趣的焦点是一些地下哺乳动物的眼睛退化。

“我们调查了这两个案例，以了解更普遍的过程，即基因组变化如何在进化过程中导致表型变化，”Roscito说。

Roscito目前是德国德累斯顿马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的研究员。他曾经是巴西的博士后研究员，并在FAPESP圣保罗研究基金会的支持下在国外实习。她的博士后奖学金与“新热带爬行动物和两栖动物地理比较系统、系统发育、古气候模拟和分类学”主题项目有关，其中Miguel Trefaut Urbano Rodrigues是FAPESP生物多样性表征和保护研究计划和FAPESP生物区系主持下的主要研究员。

罗德里格斯是巴西圣保罗大学生物科学研究所(IB-USP)的正教授，负责监督rossitto的博士后研究。他也是最近发表的一篇文章的合著者。

“这项研究包括调查几种脊椎动物的基因组，包括识别仅在蛇或地下哺乳动物中发生变化的基因组区域，而在其他没有失去四肢或正常眼睛的物种中保持不变，”Roscito说。

在视觉系统退化的哺乳动物中，我们知道一些基因已经丢失，例如与眼睛晶状体和视网膜感光细胞相关的基因。这些基因在进化过程中经历了突变。最终，它们完全失去了功能，即编码蛋白质的能力。但这并没有发生在蛇身上，它们并没有失去与肢体形成相关的基因。更准确地说，对一条蛇的基因组进行测序的研究确实发现了一个基因的缺失，但只是一个。因此，我们在研究中选择的方法不是调查基因，而是调查调控基因表达的元素。

基因表达依赖于基因中包含的信息的调控元件转录成RNA(核糖核酸)，然后转录成蛋白质。这个过程由顺式调节元件(CREs)调节，顺式调节元件是位于它们所调节的基因附近的DNA(脱氧核糖核酸)中的核苷酸序列。CREs控制基因表达的时空和数量模式。

“调控元件可以在生物体的某个部位(如肢体)激活或抑制基因的表达，而不同的调控元件可以在不同部位激活或抑制同一基因的表达。比如一个基因丢失了，就不再在两个地方表达，往往会对生物的形成产生负面影响。

然而，如果只有一个调控元件丢失，表达可能在一部分消失，在另一部分保守，”Roscito解释说。

Tegu蜥蜴

从计算的角度来看，CREs不像基因那样容易识别。基因有特征语法，碱基对表示基因的起始和结束位置。CRE就不是这种情况，所以必须间接识别。这种鉴定通常基于许多不同物种中DNA序列的保守性。

“为了检测蛇中特定序列的差异，有必要将蛇的基因组与各种爬行动物和其他完全发育的有四肢脊椎动物的基因组进行比较。四肢发育良好的爬行动物的基因组序列很少，因此我们测序并组装了全肢tegu蜥蜴(Salvator merianae)的基因组。”“这是第一个被测序的teiid谱系物种，”作者说。

“使用tegu基因组作为参考，我们创建了几个物种的基因组对比，包括两条蛇(蟒蛇和蟒蛇)，另外三种有四肢的爬行动物(绿蜥蜴、龙蜥蜴和壁虎)，三种鸟类，鳄鱼，三种乌龟，14种哺乳动物，一种青蛙和一种腔棘鱼。这29个基因组的比对被用作所有进一步分析的基础。”

研究人员已经确定了超过5000个DNA区域，这些区域被认为是几个物种的候选调控元件。然后，他们利用文中详细描述的巧妙的技术程序，搜索了一个大型数据库，得到了一组CRE，其突变可能导致蛇的祖先四肢消失。

“有些研究涉及到一个众所周知的调节因子，它调节一个基因，当它被修改时，会导致四肢的各种缺陷。蛇在这个CRE中有突变。在2016年发表的一项研究中，小鼠的CRE被蛇虫取代，这是一种可能导致蛇失去四肢的机制的功能性证明。然而，这种CRE只是控制肢体形成的几个基因之一的调节元件之一，”Roscito说。

“我们的研究扩展了一组CREs。我们发现负责调节许多基因的其他调节元件在蛇中发生了突变。签名更全面。整个信号级联都会受到影响。”

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