Bat Genome bietet neue Einblicke in die Evolution von Flucht und Störfestigkeit

BGI hat die Online-Publikation in Science der neuesten Erkenntnisse über genomische Analyse von zwei entfernt verwandte Fledermausarten , die Schwarzer Flughund ( Pteropus Alecto ) und Davids Myotis (Myotis davidii ) angekündigt. Die Arbeit hier bietet neue Einblicke in die genetischen Mechanismen, die Entwicklung der Flug und Immunität von Fledermäusen zugrunde liegt und auch den Weg für den Umgang mit großen Lücken in Verständnis bat Biologie und liefert neue Fahranweisungen für die zukünftige Forschung .

Fledermäuse sind oft als gruselig, krankheitsübertragenden gekennzeichnet und sogar blutsaugenden Tiere so oft in Horrorfilmen dargestellt. Die Jahrhunderte der Mythen und Fehlinformationen machen sie eine der am wenigsten untersucht und am meisten missverstandenen Tiere. Doch in den letzten Jahren mehr und mehr Wissenschaftler haben unaufhaltsam auf ihre spezifischen Eigenschaften angezogen , wie die Fähigkeit zu nachhaltigem Flug, und die Funktion, die Fledermäuse konnten mit einigen der weltweit tödlichsten Viren, wie Nipah , Hendra koexistieren , Ebola und SARS .

Um genetische Veränderungen mit der Entwicklung von FledermausspezifischeMerkmale zu identifizieren , Forscher aus BGI , CSIRO Australian Animal Health Laboratory, und anderen Instituten durchgeführt Sequenzierung ganzer Genome und vergleichende Analyse von zwei verschiedenen wild gefangenen Fledermäusen. Sie fanden die beiden bat Genome waren kleiner als bei anderen Säugetieren , aber die Anzahl von Genen, war ähnlich zu anderen. Diese Teamarbeit führt zu einer wertvollen Ressource für die genomische enthüllt einige der biologischen Geheimnisse der Fledermäuse.

Die Herkunft der Fledermäuse in den letzten Jahren eine der meist diskutierten Themen von Wissenschaftlern . Bis Ende der 1980er Jahre übernahm die meisten Forscher , dass die Ordnung Chiroptera war monophyletic und alle Fledermäuse ein gemeinsames fliegenden Vorfahren . , Eine weitere häufig genannte Hypothese besagt jedoch , dass megachiropterans ( Mitglieder der Familie Pteropodidae ) enger mit dermopterans (fliegende Lemuren ) und Primaten als echoortenden Fledermäusen microchiropteran zusammen.

Auch wenn der wahre Ursprung des Fledermäuse ungelöst bleibt bis heute das Gesamtgenom- Sequenzierungsanalyse in dieser Studie bestätigt, dass Fledermäuse tun einen gemeinsamen Vorfahren . Unsere Studie zeigte auch, dass Fledermäuse sind Mitglied Pegasoferae , und sie aus dem Equus (Pferd) Linie vor etwa 88.000.000 Jahre auseinander ( MYA ) . Interessanterweise ist die phylogenetische Rekonstruktion mit mitochondrialen DNA führte zu Fledermäuse besetzen eine Randlage in Laurasiatheria . Die Inkongruenz zwischen nuklearen und mitochondrialen Bäume können schnelle Evolution des mitochondrialen Genoms der Fledermaus Vorfahren während der Evolution des Fluges zu reflektieren.

Mechanismen , die den Ursprung des Fluges in Fledermäuse erleichtert zu identifizieren , untersuchten die Forscher die bei der Erkennung und Reparatur von genetischen Schäden beteiligten Gene . Ein unerwarteter Konzentration positiv selektierten Gene in der DNA-Schaden -Checkpoint / DNA -Reparaturwegs des Schlägers Vorfahren , wie das Gen, ATM, DNA - PKc , RAD50 , KU80 und MDM2 gefunden. Sie schlugen vor, dass die Veränderungen können direkt zur Minimierung / Reparatur , die negativen Wirkungen von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) als Folge der Flugreise stehen. Darüber hinaus fanden sie auch einzigartige Veränderungen anderer flugbezogene Gene in dem Schläger Vorfahren , wie das Gen, COL3A1 , der Elastizität der Haut beteiligt sind, und CACNA2D1 , die eine Rolle bei der Muskelkontraktion.

Fledermäuse haben eine starke Fähigkeit, eine Vielzahl von tödlichen Mikroorganismen steuern. Bei der Prüfung der Gene, die mit angeborenen Immunsystems von Fledermäusen verbunden identifizierte das Team positiv selektierten Gene einschließlich c -REL , Mitglied der NF-kB- Familie von Transkriptionsfaktoren . Neben einer Vielzahl von Rollen in der angeborenen und erworbenen Immunität spielt c -REL eine Rolle in der DNA- Schadensantwort , die eine wichtige Funktion bei der Wirtsabwehr hat und ist ein bekanntes Ziel Virus -Interaktion. Forscher geschlossen, daß das Immunsystem von Fledermäusen wahrscheinlich durch die Veränderungen in der DNA- Schadensantwort Mechanismen während der Selektion für die Flug beeinflusst.

Natürliche Killerzellen (NK) bilden die erste Verteidigungslinie gegen pathogene Mikroorganismen und enthalten zwei Familien von NK -Zell-Rezeptoren , Killer -Zell- Immunglobulin -like Rezeptoren ( KIR ) und Killerzellen- Lektin -like Rezeptoren ( KLRs , auch Ly49 Rezeptoren bekannt) . In dieser Studie fanden Forscher KLRs und KIRs waren im Schwarz Flying Fox ganz fehlen und auf einen einzelnen Ly49 Pseudogen in Davids Myotis reduziert. Darüber hinaus waren auch KIR -like Rezeptoren bei anderen Spezies identifiziert fehlen sowohl Schwarz Flying Fox und David Myotis Genome. Nach den Feststellungen , schlug die Forscher, dass Fledermaus NK-Zellen verwenden eine neue Klasse von Rezeptoren zu klassischen MHC- I-Moleküle zu erkennen , einer der beiden Hauptklassen der Major Histocompatibility Complex ( MHC) .

Die Unterschiede zwischen dem Schwarzen Flying Fox und David Myotis gibt es auch in den Aspekten der Fütterung Gewohnheit , Überwinterungs- und Echoortung , unter anderem. In der Studie fanden Forscher den Verdauungsenzym RNASE4 in Davids Myotis kann Virusresistenz beteiligt sein , aber das Gen hat eine Rahmenverschiebungsmutationin Black Flying Fox erworben. Diese Feststellung bezieht sich auch auf die Tatsache, dass Davids Myotis ist insekten und Schwarz Flying Fox ernährt sich von Früchten, Blüten und Nektar . Außerdem beobachteten sie sechs Kandidatengene im Zusammenhang mit den Ruhezustand , die positive Selektion in Davids Myotis gegenüber Nicht- Winterschläfer und sieben Gene, die mit Echoortung bezogen hatten signifikant höhere dN / dS in der echolocating Davids Myotis Niederlassung in Bezug auf nicht- echoortenden Zweigen .

" Die rasante Entwicklung der Genomik stark erhöht das Verständnis um die Geheimnisse der Evolutionsbiologie, wie die Herkunft , Differenzierung und Artenvielfalt. " sagte Guojie Zhang , Projektleiter von BGI "Diese wunderbar vielfältige Fledermäuse sind in einer besonderen Lage in den Entwicklungsprozesse , und haben einige faszinierende biologischen Eigenschaften , einschließlich Dauerflug , Winterschlaf , Echoortung , unter anderem. Genomics ist einer der Ansätze führen der Studien zu. ich glaube, die in der Studie gewonnenen Daten wird eine solide Grundlage für die weitere funktionelle Forschung zu legen. die genomische vergleichende Analyse wird auch ein wichtiges Instrument zur weiteren Verständnis der autoimmun- System von Fledermäusen und die entsprechenden Abwehrmechanismen gegen virale Infektionen zu bieten. "