作為脊椎動(dòng)物的一個(gè)重要分支,，兩棲動(dòng)物目前已知包括7000多個(gè)物種,，代表著脊椎動(dòng)物從水生到陸生這一偉大轉(zhuǎn)變的過(guò)渡類群，在研究脊椎動(dòng)物的進(jìn)化模式及其背后的分子機(jī)制中處于關(guān)鍵位置,。隨著基因組測(cè)序,、組裝及注釋技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，通過(guò)破譯物種的基因組信息,，并通過(guò)一系列基因組的比較分析已經(jīng)成為目前研究基因組的進(jìn)化模式的較普遍的研究思路,。然而對(duì)于兩棲動(dòng)物這一重要的生物類群，目前僅有熱帶爪蟾（Xenopus tropicalis）一個(gè)物種的基因組被測(cè)定,。爪蟾屬于“古老蛙類”（Archaeobatrachia）的一種,，而目前95%以上的蛙類屬于“現(xiàn)代蛙類”（Neobatrachia）,，這在一定程度上限制了我們對(duì)兩棲動(dòng)物基因組特性的認(rèn)識(shí)。另外,，熱帶爪蟾為高度特化種,，其已從水陸兩棲的祖先狀態(tài)演變成一個(gè)完全水生的物種（若離開(kāi)水，幾分鐘便會(huì)死亡）,，這種生活史的轉(zhuǎn)變體現(xiàn)在爪蟾的一些表型上,，如吞咽方式的改變導(dǎo)致爪蟾的舌頭完全退化，運(yùn)動(dòng)方式的改變導(dǎo)致其前肢較小,，后肢粗壯而利于游泳等,，說(shuō)明熱帶爪蟾并不能充分地代表兩棲動(dòng)物。測(cè)定“現(xiàn)代蛙類”基因組具有重要的意義,。

中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員,、中國(guó)科學(xué)院院士張亞平以及研究員車靜課題組與華大基因國(guó)家基因庫(kù)及德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校等單位合作，成功破譯了首個(gè)“現(xiàn)代蛙類”——高山倭蛙（Nanorana parkeri）的基因組,。高山倭蛙系青藏高原的土著物種,，同時(shí)也是青藏高原上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，因此,，該基因組的破譯同時(shí)也為研究?jī)蓷愇锓N的高原適應(yīng)奠定了基礎(chǔ),。昆明動(dòng)物所的孫艷波與國(guó)家基因庫(kù)的熊子軍和向薛雁等研究人員共同合作完成高山蛙的樣品收集、測(cè)序組裝注釋,，以及后續(xù)的比較基因組學(xué)分析,。通過(guò)比較高山倭蛙和熱帶爪蟾二者的基因組，他們發(fā)現(xiàn)前者擁有更大的基因組（genome size ≈ 2.3Gb）,，且這種基因組大小上的差異主要?dú)w因于兩者基因組中轉(zhuǎn)座元件的含量不同,。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，高山倭蛙的轉(zhuǎn)座元件主要以長(zhǎng)末端重復(fù)序列（LTRs：Long terminal repeats）為主,，而爪蟾則是以DNA轉(zhuǎn)座子（transposons）為主。相對(duì)于爪蟾,，高山倭蛙中的LTR具有更高的保守性,。然而，LTR在高山倭蛙中出現(xiàn)的時(shí)間要顯著早于爪蟾,，說(shuō)明LTR在高山倭蛙中可能經(jīng)歷了更強(qiáng)的選擇壓力,，提示其可能具有某種潛在的生物學(xué)功能。

研究人員還估算了高山倭蛙和熱帶爪蟾的分歧時(shí)間大概在266百萬(wàn)年前,，比TimeTree項(xiàng)目中記錄的時(shí)間早了4千萬(wàn)年,。盡管兩者分歧時(shí)間很久，但是兩物種染色體間的重排特別少,，說(shuō)明蛙類基因組可能具有相對(duì)較慢的進(jìn)化速率,。這一猜想在染色體內(nèi)部重排速率,、基因區(qū)及全基因組的替換速率等多個(gè)層面都得到證實(shí)，即兩棲動(dòng)物,，甚至整個(gè)冷血?jiǎng)游?，具有比恒溫?dòng)物更低的進(jìn)化速率。

此外,，高山倭蛙基因組的破譯,，使科學(xué)家進(jìn)一步確認(rèn)了更多的人類、鳥(niǎo)類,、甚至蛙類基因組中的染色體斷裂和融合區(qū)域,，同時(shí)也鑒定了兩棲動(dòng)物中高度保守的區(qū)域，為后續(xù)的兩棲動(dòng)物比較基因組學(xué)提供了良好的研究基礎(chǔ),。盡管四足動(dòng)物有3.6億年的進(jìn)化史,，在人的染色體中仍然可以看到較長(zhǎng)的祖先序列被完整地保留下來(lái)。通過(guò)分析染色體斷裂,，融合事件,，發(fā)現(xiàn)人的染色體間重排最劇烈，雞和兩棲動(dòng)物染色體間重排相對(duì)較少,。最后,，該研究還發(fā)現(xiàn)了高山倭蛙特有的三類抗菌肽（AP01357，AP00097,，和AP01583）,，其中AP01583已被證實(shí)在氧化應(yīng)激和應(yīng)對(duì)病原微生物方面具有重要作用，提示這些特有抗菌肽的存在可能在高山倭蛙適應(yīng)高海拔環(huán)境中起一定保護(hù)作用,。該工作得到了中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)（B）,、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

該研究結(jié)果近期發(fā)表在PNAS上,。

昆明動(dòng)物所等破譯首個(gè)“現(xiàn)代蛙類”——高山倭蛙的基因組

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所