近日，中國科學院深海科學與工程研究所聯合西北工業大學等多家科研機構，在美國《國家科學院院刊》上發表研究成果，揭示了海洋哺乳動物適應海洋環境及其趨同演化的重要遺傳機制。
該研究從科級水平出發對17個海洋哺乳動物物種進行了全基因組測序及組裝，再結合已發表的海洋哺乳動物基因組資料，進行了較為全面的比較基因組學分析。研究重建了目前基於全基因組資料的最全面海洋哺乳動物系統發生樹，並進一步從基因組演化、基因演化、非編碼保守元件等多方面對海洋哺乳動物3個主要支系（鯨類、鰭足類、海牛類）從陸地重返海洋的分子適應機制進行了全面分析和探究。
哺乳動物由陸地重返海洋以後面臨的重要挑戰之一是海水的高導熱性。這會使哺乳動物身體的熱量更容易向水中散失。海洋哺乳動物如何在水中保持恆溫的遺傳基礎尚不清楚。
該研究發現，不同海洋哺乳動物支系都從改變產熱和散熱兩個方面來進行體溫調節以適應水生環境，既透過NFIA和UCP1來調控棕色脂肪細胞的合成和利用，從而控制產熱的變化；又透過SMEA3E基因的改變使海洋哺乳動物的血管系統發生適應性變化，以調節熱量的散失。雙重調控最終維持了體溫恆定。
研究人員表示，海洋哺乳動物為了適應水生環境，其骨骼形態也發生了不同程度的改變，前肢變成鰭狀肢，身體呈流線型或者紡錘形。該研究發現，在與骨骼發育密切相關的蛋白聚糖的生物合成途徑中，XYLT1和FMA20B兩個關鍵基因在海洋哺乳動物中發生了特異性改變，這極有可能會影響到海洋哺乳動物骨骼形態的變化。
此外，研究人員還發現了與低氧耐受、回聲定位、深潛及視力相關的基因在海洋哺乳動物中發生了分子層面的適應性演化。
基於大規模的基因組測序，研究人員建立了全面的海洋哺乳動物基因組資料集，併為海洋哺乳動物的水生適應相關性狀及不同海洋哺乳動物支系間趨同演化提供了更多的遺傳學證據，為科研人員後續更深入地開展海洋哺乳動物水生環境適應機制等研究提供了良好的資料支援。
相關論文資訊：https://doi.org/10.1073/pnas.2106080118
來源：中國科學報
