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老鼠如何变身“纽约客” |
基因选择性清除帮啮齿动物适应新环境 |
图片来源:Gary Hershorn/Getty
本报讯 美国纽约不仅是人类聚居地,更是老鼠的天堂。不论在家中,还是在街头巷尾,你总能看见它们一闪而过的灵巧身影。据信,在纽约生活着约200万只老鼠。
这些老鼠很好地适应了都市生活,成为了“纽约鼠”。它们吃比萨、吃热狗,甚至吃沙拉;这些老鼠居住在地铁隧道,也可能出现在游乐场,足迹几乎遍布纽约的每个角落。
据《自然》报道,这些老鼠的基因组,为揭示它们是如何征服纽约等大都市提供了线索。一项本月发表在bioRxiv上的研究显示,遗传学家发现了数十种与饮食、行为和运动有关的基因,可能正是这些基因帮助纽约鼠征服城市、茁壮成长。
“作为一名进化生物学家,同时,也作为一个纽约人,我不禁对老鼠适应城市环境的方式感到惊讶。”哥伦比亚大学人口遗传学家Arbel Harpak说。他与福特汉姆大学进化生物学家Jason Munshi-South和旧金山州立大学的Pleuni Pennings共同领导了这项研究。
在寻找纽约老鼠进化的标志之前,研究人员首先要设法抓住它们。
2014年至2015年间,专攻城市进化和生态的Mushin-South团队在全纽约市范围内,用培根、花生酱和燕麦混合的“美食”诱捕了近400只棕色老鼠(褐家鼠)。随后,研究人员对其中29只(均来自曼哈顿)的全基因组进行了测序,并将它们与之前从中国东北农村(据推测是褐家鼠的发源地)捕捉、测序的老鼠基因组进行了比较。
Harpak研究小组随后寻找基因组中变异的区域,这些变异可能正是使纽约鼠快速适应当地生活的关键。这种被称为选择性清除(由于受选择的连锁效应和突变的自然选择,一个突变位点相邻DNA上的核苷酸之间的差异下降或消除)的进化过程也发生在人类身上,例如扩散性的基因变异,使一些人成年后仍能消化牛奶。
扫描测序产生了一个包含数十个基因的列表,这些基因具有选择性清除的特征。其中包括一些与饮食、行为和行动能力相关的基因,这些或能反映纽约鼠在这座“大苹果”城里生活的挑战和乐趣。虽然研究小组推测CYP2D1基因(他们发现的一种对缓解植物化合物毒性很重要的基因)可以让这些城市老鼠毫无负担地享用甘蓝沙拉,但科学家还不能确定这些基因组特征是如何影响动物生物学机制的。
Harpak认为团队得到的上述基因列表是未来研究的起点。例如,在转基因实验室小鼠身上进行的实验,可以解释参与生长新神经元的基因突变,是否会改变小鼠的行为;研究小组确定的与碳水化合物和糖代谢相关的其他基因,是否影响了小鼠的饮食。
哥伦比亚大学进化遗传学家和神经科学家Andrés Bendesky表示,研究人员发现的一些基因与大脑连接有关。研究人员推测,动物可能是通过改变神经回路来适应新环境的,但目前还没有人证明这一点。
Harpak说,他和同事希望通过观察19世纪纽约鼠的DNA,来确定这种选择性清除是什么时候发生的。他们计划从其他城市捕捉老鼠,看看它们的基因组进化方式是否与纽约鼠相同。(徐锐)
相关论文信息:https://doi.org/10.1101/2020.02.07.938969
《中国科学报》 (2020-02-28 第2版 国际)