研究揭示海洋蛇类适应环境遗传机制
研究揭示海洋蛇类适应环境遗传机制
各种各样的海蛇 图片来源：中国科学院成都生物研究所
发展海洋经济、推动海洋科研是推动我们海洋强国战略的重要部分。地球上海洋总面积约为3.6亿平方公里，约占地球表面积的71%。作为原始生命的孕育场所，海洋环境对地球上生命的起源与演化起着至关重要的作用。
广阔的海洋是众多生物赖以生存的环境，目前已知生活于海洋之中的物种数约24万种，其中大部分物种是从海洋中演化而来的，但是部分物种却是从陆地环境次生性返回海洋并逐渐适应生存下来的，哺乳动物中的鲸类便是最为人所熟知的类群。
对于物种而言，由于海洋与陆地环境存在巨大的差异，如光线、盐度、氧气摄取、渗透压、运动方式等，从陆地进入海洋并逐渐生存适应必须克服巨大的阻力，演化出适应独特环境的能力。
海蛇是一类生活在海洋中的爬行动物，目前世界上已知大约200个物种。海蛇下潜的深度可达140米，但是常在30米深以内的浅海海域活动，以肺呼吸空气中的氧气，其肺部发达的贮气部几乎纵贯腹腔而达泄殖腔孔，这可为它们在水下提供充足的氧气。
海蛇是具有前沟牙的毒蛇，蛇毒成分主要为神经毒素，也是蛇毒研究的重要对象。前期研究表明，海蛇是在最近的1000万年以内从陆地次生性返回海洋生境中的，部分物种迅速而又成功地拓殖了海洋环境。
那么，海洋蛇类是如何适应海洋特殊环境的呢？
为探讨这一科学问题，中国科学院成都生物研究所研究员李家堂团队利用基因组学、比较基因组学、转录组学等分析，揭示了海洋蛇类物种适应海洋特殊生境的遗传机制，发现平颏海蛇编码基因及非编码保守元件均存在快速进化信号，这些快速进化的元件可能在平颏海蛇由陆到海，重新适应海洋环境过程中发挥了重要作用，保证了平颏海蛇能够在较短时间内适应海洋环境，在海洋中正常生活。
研究基于从头测序的平颏海蛇全基因组分析，揭示了平颏海蛇669个基因家族发生扩张，扩张时间大约为20个百万年前。这些基因富集于“细胞对渗透压的响应”“感官声音感受”“正调控成骨化”“躯干肌肉发育”功能以及免疫相关信号通路。
平颏海蛇（左）及海洋适应相关的基因富集结果（右）。 图片来源：中国科学院成都生物研究所
通过选择压分析，结果显示平颏海蛇470编码基因受到正选择，其中GRK7，VISININ，CNG3和GUC2基因与光线传导有关，SC6A6是重要的细胞渗透压调节氨基酸转运蛋白编码基因。非编码元件序列的改变可能引起相关基因调控的改变从而影响表型，保守非编码元件（CNEs）分析发现平颏海蛇108个CNEs发生快速演化，与其关联的编码基因富集于骨骼，肌肉以及神经系统发育相关信号通路，这可能与平颏海蛇横向压缩的身体，扁平尾巴的形成以及陆地到海洋运动方式的改变有关。
