來(lái)自英國(guó)卡迪夫大學(xué),、深圳華大基因研究所等處的研究人員近日完成了對(duì)游隼和獵隼的基因組測(cè)序,，提供了關(guān)于捕食生物生活方式演變的一些新認(rèn)識(shí)，相關(guān)論文“Peregrine and saker falcon genome sequences provide insights into evolution of a predatory lifestyle”發(fā)表在3月24日的《自然—遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志上,。
英國(guó)卡迪夫大學(xué)的Michael W Bruford和深圳華大基因研究所的王?。╓ang Jun）博士為這篇文章的共同通訊作者。
圖中左為游隼,，右為獵隼
隼形目(Falconiformes)包括鸮形目以外的所有猛禽,，是白天活動(dòng)的猛禽。隼形目多為單獨(dú)活動(dòng),，飛翔能力極強(qiáng),，也是視力最好的動(dòng)物之一。隼形目與其它鳥(niǎo)類不同,，雌鳥(niǎo)往往比雄鳥(niǎo)體型更大,。隼形目有4-5科，我國(guó)有2-3科,。我國(guó)的所有隼形目鳥(niǎo)類都是國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物,。作為頂級(jí)食肉動(dòng)物，隼形目具有獨(dú)特的形態(tài),、生理和行為適應(yīng)性,，使得它們能夠成為成功的捕食者。例如游隼（peregrine）就被譽(yù)為是世界上速度最快的動(dòng)物,。
為了探討捕食生物適應(yīng)的進(jìn)化基礎(chǔ),，來(lái)自卡迪夫大學(xué)和華大基因的研究人員對(duì)游隼和獵隼進(jìn)行全基因組測(cè)序，并獲得了關(guān)于進(jìn)化和捕食方式選擇性的全基因組證據(jù),。研究人員利用Illumina深度測(cè)序組裝出了長(zhǎng)度約為1.2 Gb的基因組,，測(cè)序覆蓋度達(dá)100倍。
利用同源性和de novo分析方法結(jié)合RNA測(cè)序數(shù)據(jù),，研究人員預(yù)測(cè)出了游隼和獵隼分別具有16,263和16,204個(gè)基因,。利用以同源性為基礎(chǔ)的方法,，研究人員對(duì)大約92%的這些基因進(jìn)行了功能性注釋。
利用相關(guān)基因組,，研究人員開(kāi)展了比較基因組分析評(píng)估了隼的進(jìn)化和新變化,。研究人員對(duì)游隼、獵隼,、雞,、斑胸草雀和火雞中的同源基因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明雞和火雞組成了一個(gè)進(jìn)化分支,，斑胸草雀和隼為另一個(gè)進(jìn)化分支,。分析游隼和獵隼序列，表明兩者最近的共同祖先存在于210萬(wàn)年前,。超過(guò)99.6%的游隼基因組與獵隼基因組在基因區(qū)域上是共線的,。
分析結(jié)果表明，相比于雞和斑胸草雀,，游隼和獵隼基因組中大片段重復(fù)相對(duì)較少,，這些元件不到基因組的1%。它們的轉(zhuǎn)座因子組成與斑胸草雀非常相似,，具有較少的DNA轉(zhuǎn)座因子和長(zhǎng)核苷酸元件,。研究人員還發(fā)現(xiàn)隨著進(jìn)化時(shí)間推移，只有較少的分子特異性插入和缺失在隼基因組中中累積,。相比于其他鳥(niǎo)類,，游隼和獵隼譜系特異性基因較少。
此外,，相比于雞和斑胸草雀,，嗅覺(jué)受體基因目錄顯示游隼和獵隼中的完整嗅覺(jué)受體基因也是最少的，但它們的嗅球比率要高于斑胸草雀,，與雞相似,。這兩個(gè)性狀過(guò)去被認(rèn)為與嗅覺(jué)功能呈正相關(guān)。此外,，在雞和斑胸草雀中存在的嗅覺(jué)受體γ-c 簇基因擴(kuò)張,，在游隼和獵隼并不存在，研究人員認(rèn)為這有可能與游隼和獵隼依賴于視覺(jué)定位獵物有關(guān),。
此外,，研究人員通過(guò)比較游隼、獵隼和現(xiàn)有鳥(niǎo)類基因組,，發(fā)現(xiàn)了一些與循環(huán)（例如血紅素合成）,、神經(jīng)系統(tǒng)、嗅覺(jué)和鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的進(jìn)化基因發(fā)生了快速進(jìn)化,。與雞形目鳥(niǎo)類比較,，揭示出線粒體呼吸鏈也發(fā)生了顯著的快速改變,。此外,，研究人員還發(fā)現(xiàn)在所有鳥(niǎo)類基因組中,，游隼和獵隼的每時(shí)間單位基因損失速率是最快的。
新研究提供了基因組測(cè)序數(shù)據(jù)為未來(lái)研究中檢測(cè)鳥(niǎo)類,，尤其是猛禽的進(jìn)化和適應(yīng)提供了一個(gè)重要的資源,。游隼和獵隼廣泛分布于全球，顯示出多種多樣的地域表型和行為,，它們的保護(hù)情況隨棲息地范圍存在巨大的差異,，當(dāng)前獵隼已被全球列為瀕危物種。游隼和獵隼都有遷徙和定居物種,，了解這一廣泛多樣性的遺傳基礎(chǔ),，將為長(zhǎng)期保護(hù)它們提供了一個(gè)有價(jià)值的工具。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/ng.2588
PMC:
PMID:
Peregrine and saker falcon genome sequences provide insights into evolution of a predatory lifestyle
Xiangjiang Zhan, Shengkai Pan, Junyi Wang, Andrew Dixon, Jing He, Margit G Muller, Peixiang Ni, Li Hu, Yuan Liu, Haolong Hou, Yuanping Chen, Jinquan Xia, Qiong Luo, Pengwei Xu, Ying Chen, Shengguang Liao, Changchang Cao, Shukun Gao, Zhaobao Wang, Zhen Yue, Guoqing Li, Ye Yin, Nick C Fox, Jun Wang & Michael W Bruford.
As top predators, falcons possess unique morphological, physiological and behavioral adaptations that allow them to be successful hunters: for example, the peregrine is renowned as the world's fastest animal. To examine the evolutionary basis of predatory adaptations, we sequenced the genomes of both the peregrine (Falco peregrinus) and saker falcon (Falco cherrug), and we present parallel, genome-wide evidence for evolutionary innovation and selection for a predatory lifestyle. The genomes, assembled using Illumina deep sequencing with greater than 100-fold coverage, are both approximately 1.2 Gb in length, with transcriptome-assisted prediction of approximately 16,200 genes for both species. Analysis of 8,424 orthologs in both falcons, chicken, zebra finch and turkey identified consistent evidence for genome-wide rapid evolution in these raptors. SNP-based inference showed contrasting recent demographic trajectories for the two falcons, and gene-based analysis highlighted falcon-specific evolutionary novelties for beak development and olfaction and specifically for homeostasis-related genes in the arid environment–adapted saker.
