张树义华东师范大学 华东师范大学博士生成果登Cell子刊
生物通报道:来自华东师范大学,英国伦敦大学玛丽皇后学院的研究人员发表了“回声定位蝙蝠与海豚基因序列的趋同进化”的研究成果,发现对高频声音的敏感听觉不仅仅是回声定位,还是蝙蝠、海豚这两类亲缘关系很远的动物类群之间发生基因序列趋同进化的原因。这一研究成果公布在《Current Biology》杂志上。
文章的第一作者是华东师范大学博士研究生刘洋,其他研究人员包括沈斌和韩秀群,领导这一研究的包括华东师范大学张树义教授以及英国学者Rossiter、Cotton博士。
趋同进化是指不同生物类群中独立进化出相似性状的事件。趋同进化在形态学上普遍存在,也是支持达尔文自然选择学说的重要证据,但迄今为止在分子水平上趋同进化的例子并不多见。大部分蝙蝠具有发达的高频回声定位能力,而回声定位和飞翔也是蝙蝠在自然界生存、繁衍和适应的重要特征。
2008年,张树义与Rossiter等联合曾在美国《国家科学院院刊》(PNAS)发表文章揭示,在两类进化上独立的回声定位蝙蝠中,prestin基因经历了趋同进化;他们还证明了这一过程是由自然选择驱动的。
在最新的这篇文章中,研究人员提出假设:回声定位鲸类和回声定位蝙蝠的prestin基因在分子水平上也许同样存在趋同进化。Prestin基因编码的蛋白在兽类耳蜗的外毛细胞中表达,与耳蜗对声音频率的敏感性和选择性有关。
经过实验,他们从基因组DNA中得到7种鲸类的prestin基因序列全长。通过prestin基因树的构建以及选择压力的分析,他们发现4种具有高频回声定位能力的海豚和回声定位蝙蝠在基因树上聚成了一个支持度很高的单系群,有明显的趋同进化的可能。
同样令人兴奋的是:两种非回声定位的须鲸在基因树上还是同它们的鲸偶蹄目近亲——牛聚在一起,并没有同回声定位蝙蝠聚在一起。在排除长枝吸引和基因转换等其他非自然选择因素的影响后,他们肯定了在两类独立产生的高频回声定位物种中发生趋同进化的结论。
有趣的是,当抹香鲸的序列被加入后,两类回声定位物种中趋同进化的信号明显减弱。因此,他们得出结论:对高频声音的敏感听觉,而不仅仅是回声定位,是蝙蝠、海豚这两类亲缘关系很远的动物类群之间发生基因序列趋同进化的原因。
另外同样是在《Current Biology》杂志上,来自中国科学院昆明动物研究所的研究人员与密歇根大学的研究人员合作,发表了听觉基因Prestin聚类回声定位蝙蝠与鲸相关的研究成果。
研究人员从具有回声定位的海豚的基因组中扩增了与听觉相关的基因prestin,并分别用最大似然法、最大简约法,和邻接法对海豚、蝙蝠和其他哺乳动物的prestin基因作了进化分析。他们发现当用prestin蛋白质序列构建系统发育树时,这3种方法都将具有回声定位的蝙蝠和海豚聚到一起,而用同义突变核苷酸位点所构的进化树却又很好地符合其物种树。
为了解释这种不一致的现象,他们又分别利用树形比较和祖先序列与现存序列比较两种方法找出了造成这种差异的位点。
经过仔细论证,并且排除了造成这种现象的其他可能因素(DNA污染、长枝吸引、水平基因转移、氨基酸使用偏好等),他们最终得出了这种现象的出现是适应性平行进化的结果,并且鉴别出了11个平行进化位点。这11个位点的平行进化可能使蝙蝠和鲸的prestin蛋白具有在回声定位过程中检测高频超声波的功能。这项工作为探讨回声定位的分子机制迈出了重要一步。 原文摘要:
作者简介:
张树义 博士 学习、工作经历 1983.9至1987.7在东北师范大学生物系生物学专业获理学学士学位; 1987.9至1989.6 东北师范大学环境科学系硕士研究生; 1989.9至1990.7 在法国第十三大学获得行为生物学专业 “深入研究”文凭; 1990.
9至1994.12在法国居里大学获得行为生态学专业博士文凭; 1995年5月受中国科学院“百人计划”项目资助,到动物研究所工作,任助理研究员; 1997年任中国科学院动物研究所研究员,博士生导师; 2006年任华东师范大学生命科学院教授,博士生导师; 1.
研究领域: 1)与蝙蝠相关的多学科研究、重点在交叉领域; 2)保护医学——生态健康、动物健康与人类健康的交叉点(与美国Consortium for Conservation Medicine全面合作) 2.
研究方向: 1) 蝙蝠行为生态、回声定位、分子进化研究(与英国Bristol大学Gareth Jones教授、新西兰奥克兰大学Stuart Parsons博士、英国伦敦大学Stephen Rossiter博士合作); 2)蝙蝠特殊的生殖策略(与科学院动物研究所王红梅研究员合作); 3)蝙蝠冬眠的生理及神经调控 (与科学院武汉数理研究所所雷皓研究员、昆明动物所马原野研究员合作); 4)蝙蝠的听觉与神经机理研究(与美国加州大学Walter Metzner教授合作); 5)蝙蝠的生物磁学研究(与科学院地球物理所潘永信研究员合作); 6)蝙蝠携带的重要病原微生物(与科学院上海巴斯德研究所Vincent Deubel研究员合作)
