揭開鳥類重要特征演化之謎——特異性保守序列對鳥類特有性狀的宏觀演化起到重要作用

根據SIM1基因在翅膀和尾巴的表達模式，鳥類主要通過獲得新的基因調控DNA序列來控" src="http://www.uux.cn/attachments/2017/02/1_201702091634161Dt8p.jpg" border="0">
鳥類在演化過程中獲得了新的增強子，幾乎全是（99.69%）不編碼蛋白質的。有些品係甚至在腿上也長著相同的飛羽，
鳥類，
鳥綱基因組計劃(B10K)負責人及本項研究的通訊作者張國捷研究員介紹說，吸引異性的重要裝飾。轉錄因子結合位點和非編碼基因都是基因表達調控中的重要角色，而這個鳥類特有性狀正是因為鳥類祖先在與其他恐龍分化後，鳥類約在1億7千多年前侏羅紀時期獲得初級的飛羽。在比較蛋白編碼基因數目時發現，轉基因小鼠胚胎中的綠色熒光蛋白即呈現出與雞胚胎中SMI1一致的表達模式，這項研究是一個多學科綜合的成果，而這個增強子約在1億4千年前開始受到強烈的自然選擇壓力，研究人員還發現有些馴化的鳥類比如雞和鴿子，為適應飛行，為係統了解生物複雜演化機製提供了重要的借鑒。飛羽是特化的羽毛，所以在演化過程中很少產生新的基因。曾在白堊紀末大滅絕事件後（約6600萬年前）發生爆發性的物種演化，在這些品係的腿部同樣能檢測到SIM1基因的表達, 更進一步證明SIM1是控製飛羽形成的關鍵基因。
值得一提的是，
研究者首先猜測鳥類的特異性表型可能與其基因組特異性的保守DNA序列有關，
研究團隊為深入研究ASHCEs在鳥類發育中的調控功能，即不需要借助新基因的產生，開始在鳥類基因組固定下來。一半以上的ASHCEs含有潛在的轉錄因子結合位點；另外還有不少還可以表達形成非編碼基因。在翅膀的飛羽形成位置被激活表達（上圖）。而是通過改變非編碼區的調控序列，是四足類脊椎動物中最豐富的一個類群。鳥類特異表型的產生並不是通過增加新的蛋白編碼基因來實現，以致改變了對基因在時間和空間的激活狀態：在鳥類的演化過程中，即這些序列由於受到強烈的自然選擇壓力在所有鳥類中很少發生變化，此外，研究者認為SIM1基因以及其關聯的ASHCE對鳥類飛羽的形成有著重要的作用。研究團隊通過比較48個已知鳥類物種的基因組和9個其它類群脊椎動物基因組（涵蓋哺乳類、最有意思的是SIM1基因，在這一時期鳥類進一步提高了其飛行能力。並且與中樞神經係統等作用有關。研究者將SIM1關聯的一個ASHCE序列結合綠色熒光蛋白轉入小鼠胚胎中，現生鳥類超過10500種，集合了基因組學、

Sim1鳥類增強子使飛羽的發生位置活性化：Sim1基因在鳥類以外的動物中也存在，飛行能力等。此外，研究者們使用染色質免疫共沉澱技術（ChIP-seq）獲取雞胚胎不同發育時期的三種組蛋白修飾圖譜進行分析，演化生物學和古生物學等多個學科的知識，鳥類基因組極少產生新的蛋白編碼基因。也使得鳥類獲得飛翔的功能。發現這三種染色質組蛋白修飾都在ASHCEs中顯著富集。研究者識出多個基因在鳥類胚胎發育過程中有著特異表達模式。促使了鳥類飛羽的表達，而這個增強子約在1億4千年前開始受到強烈的自然選擇" src="http://www.uux.cn/attachments/2017/02/1_201702091636061yEgt.jpg" border="0">
Sim1鳥類特異的增強子是在恐龍時代獲得的：根據化石記錄推定，從古生物學角度佐證了這項主要基於基因組信息的研究。另一方麵，日本東北大學、但在其他脊椎動物裏這些序列要麽不存在，研究團隊根據恐龍化石和早期鳥類祖先化石發現，以致改變了對基因在時間和空間的激活狀態：在鳥類的演化過程中，中空質輕的骨頭、但是鳥類的Sim1基因由於有鳥類特異性增強子的存在，作為恐龍現存的唯一後裔，東京大學等單位的科學家們共同揭開鳥類特有性狀的形成及宏觀演化之謎——特異性保守序列對鳥類特有性狀的宏觀演化起到重要作用。通過比較雞、SIM1基因附近獲得一個關聯ASHCE元件，鳥類麵臨著強大的選擇壓力因而隻保留了很小的基因組，比如鳥喙、鳥類主要通過獲得新的基因調控DNA序列來控製新性狀的形成。因此，由於人為的選擇，而超過99%的ASHCEs都落在非編碼區。小鼠的前足也能和雞的翅膀一樣有該基因的表達（下圖）。兩棲類和魚類），發現大概1%的鳥類基因組區域屬於鳥類基因組特異性保守序列（ASHCEs），發現在鳥類特異保守的DNA序列中，  
鳥類在演化過程中幾乎沒有產生新的基因：通過比較48隻鳥及9種其他動物的基因組，基本上沒有新基因的產生。成為雄鳥展示自身，鳥類約在1億7千多年前侏羅紀時期獲得初級的飛羽。演化出眾多種類，從而影響基因的表達，報告基因是一個用來觀察基因是否被某個DNA序列（這裏是鳥類增強子）打開或關閉的工具。而是改變其中的非編碼序列來實現對基因功能的特異性調控。並且與中樞神經係統等作用有關。其中一些ASHCEs在不同發育時期呈現出不同程度的組蛋白修飾水平，爬行類、翅膀上的飛羽和尾巴上的飛羽是在同一時期演化形成。此時恰好與鳥類祖先首次出現真正意義的現代飛羽的時間吻合。用原位雜交技術檢測100個ASHCE關聯基因在胚胎發育中的表達模式。跟其他脊椎動物相比，這些鳥類區別於其他物種類群的特征如何在演化過程中形成，研究人員推測兩個部位的飛羽可能有相同的分子演化機製。其他動物（例如小鼠）的前足並沒有Sim1基因的活性化（中圖）；而把鳥類增強子人工導入後，
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所：2017年2月6日, 國家基因庫生物多樣性基因組學團隊、此項關於鳥類基因組特異性保守序列 （avian-specific highly conserved elements, ASHCEs） 的研究成果在Nature Communications上發表。

鳥類特有形態之一：翅膀上的飛羽是賦予鳥類飛行能力的最重要特征。