近日，中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂團隊在Science Advances上發(fā)表一項研究，首次揭示了全球唯一專性孤雌生殖蛇類——鉤盲蛇的基因組奧秘。該研究通過多組學(xué)技術(shù)破解了該物種三倍體基因組構(gòu)成、孤雌生殖的分子機制及其進化意義，為理解脊椎動物多倍體形成和孤雌生殖適應(yīng)性提供新的見解。

鉤盲蛇是世界上已知最小的蛇類之一。這種蛇類營穴居生活，主要以螞蟻和白蟻為食。由于鉤盲蛇體型微小，且常通過植物貿(mào)易中的花盆土壤被無意中傳播，因此也稱為“花盆蛇”。這種特有的傳播方式使其在全球范圍內(nèi)形成了廣泛的分布格局，尤其分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)。

鉤盲蛇的廣泛分布不僅得益于其適應(yīng)性強的生活習(xí)性，還與其獨特的孤雌生殖方式密切相關(guān)。鉤盲蛇是一種僅由雌性個體組成的蛇類，其核型均為三倍體，自然種群無需雄性參與即可繁衍后代?？茖W(xué)家長期關(guān)注其三倍體基因組起源、亞基因組間兼容性，以及孤雌生殖是否導(dǎo)致進化“死胡同”等關(guān)鍵問題。

研究團隊成功破譯了鉤盲蛇染色體級別的高質(zhì)量基因組，并進行了三個亞基因組的精準(zhǔn)拆分，發(fā)現(xiàn)鉤盲蛇的祖先基因組在約4100萬年前經(jīng)歷了一次快速的物種形成事件，導(dǎo)致了染色體融合的發(fā)生。

同時，研究發(fā)現(xiàn)鉤盲蛇基因組中存在大量的假基因化現(xiàn)象，包括免疫和精子發(fā)生相關(guān)基因。這些基因的假基因化可能有助于減少不同亞基因組之間的免疫反應(yīng)，從而促進雜合基因組的形成，并確保孤雌生殖的順利進行。

研究利用卵巢等器官的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，卵巢中DNA修復(fù)相關(guān)基因ALKBH2和MDC1等特異高表達，可能在其減數(shù)分裂過程中起到重要作用。結(jié)合群體基因組分析發(fā)現(xiàn)，不同地理種群的亞基因組拷貝數(shù)存在顯著差異，并推測鉤盲蛇孤雌生殖可能是依賴“減數(shù)分裂前內(nèi)復(fù)制”的一種潛在機制。

本研究為我們理解動物孤雌生殖和多倍體形成機制提供了一個獨特視角，打破了關(guān)于“孤雌生殖動物面臨進化困境”的傳統(tǒng)認知，有助于理解動物多樣化生殖方式的起源，為探索其他類群的染色體演化歷史和物種多樣性保護提供了新思路。

論文以“Genomic insights into parthenogenesis and triploid evolution in the flowerpot snake”為題發(fā)表于Science Advances。中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂研究員為論文唯一通訊作者，博士后呂云云和特別研究助理吳威為本文共同第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目A類和中國科學(xué)院東南亞中心項目等資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adt6477

圖1：鉤盲蛇（繆靖翎攝）

圖2：鉤盲蛇亞基因組演化歷史

圖3：鉤盲蛇減數(shù)分裂潛在機制示意圖