基于序列水平鉴定鸟类趋同喂食求偶行为相关基因

发布时间：2020-08-29 12:29

　　趋同进化指物种间独立进化出相似特征以适应相似的环境或填补相同的生态位。相同环境背景中相似表型特征的进化,长期被视作适应性进化的证据。研究趋同进化一般将选择压力、表型特征相互关联起来。鸟类求偶方式是一个复杂的行为,包括歌唱、羽饰等,一些系统发育关系较远的鸟类,却表现出相似的求偶行为,这种表型趋同背后的分子机制仍有待研究。本研究以九种鸟类为研究对象,从基因家族和直系同源基因两个方面研究与鸟类喂食求偶行为相关的基因,有助于揭开鸟类喂食求偶之谜,为研究其他物种的求偶行为提供借鉴。在基因家族方面的分析,发现:1)鸟类的基因家族以单拷贝为主,多数鸟类的基因家族在进化过程中发生收缩;2)鸟类基因家族的基因得失速率很低,说明鸟类在百万年的进化过程受到较强的功能约束;3)鸟类喂食求偶行为与特定基因家族的扩增和收缩有关。特异性扩增的基因家族与动物行为相关,如基因DNM1与刺激响应行为相关;然而,特异性收缩的基因家族功能大多与细胞过程、细胞组成相关。通过比较基因组分析,首先鉴定包含趋同氨基酸位点的直系同源基因,再结合正选择分析结果。结果表明,喂食求偶鸟类中,包含趋同氨基酸位点的基因多与动物行为相关,如ADORA2A基因,与喂食和觅食行为有关;此外,一些与繁殖行为、交配行为、喂食行为相关的基因经历了加速进化,与繁殖过程、免疫功能、刺激响应相关的基因经历了正选择。在喂食求偶的鸟类中,对14个既包含趋同位点又经受加速进化的基因功能注释,发现多数基因的功能与中央神经系统的发育、端脑的区域化、胚胎大脑的发育相关,还有一些与动物行为相关;同时,对4个既包含趋同位点又经受正选择的基因进行功能注释,这些基因与细胞有丝分裂的调节、蛋白激酶的活性等过程相关。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：Q953
【部分图文】：

熊猫,大熊猫,系统发育树,分子机制

Rosenblum 归纳了历史的争论主张，认为趋同进化描述的是表型水平，不考虑这些表型是发生在近缘或远缘分类群间，无论源于相同或不同的遗传基础，趋同的相似表型体现在形态结构、功能结果(不同的形态结构产生相似的功能)、进化途径。平行进化描述的是分子机制层面，平行进化是趋同表型采用了共同的分子机制，这种共同的分子机制会发生在不同的分层水平。分子机制的趋同往往发生在核酸、等位基因、基因、网络、代谢通路、功能等水平(Stern, 2013)。1.1.2 趋同进化的例子表型趋同经常伴随着适应性辐射发生，如加勒比海的不同岛上的处于相似生态位的蜥蜴进化出相似的形态特征(Schaad and Poe, 2010)。东非的马拉维和坦噶尼喀地区进化出多对形态相似的丽鱼(Muschick et al., 2012)。相距较远的世系间表现出相似表型，通常反映这些世系经受了相似的选择压力，从而发生分子水平的趋同。对植食性和具有假性大拇指表型特征的大熊猫和红熊猫的分子机制进行研究，发现与肢体发育相关的基因 DYNC2H1 和 PCNT 在大熊猫和红熊猫中都经受了适应性趋同，这可能是与两种熊猫的假性大拇指的发育有关。同时，适应性趋同也发生在与熊猫食性相关的能量代谢、营养利用相关基因中(Hu et al., 2017)。

岩鸽,家养,叶猴

第一章文献综述分类群间发生相同的形态或生理改变很常见，这样的改变通常认为是适应性多次随机产生的结果。对叶食性的亚洲和非洲叶猴的分子机制进行研究发现和非洲叶猴的胰腺核糖核酸酶基因各自独立发生了扩增(Zhang, 2006)。表型的适应性趋同，有些产生于相同基因的相同氨基酸位点改变，有些发生的不同氨基酸位点。头冠是鸟类的重要结构，相对于野生的岩鸽和环颈鸽，和环颈鸽都具有头冠的表型，对其分子机制进行研究发现，EphB2 基因的同的不同氨基酸突变，都降低了该结构的激酶活性，达到相同的头冠表型的piro et al., 2013)。

示意图,棘刺,骨盆,示意图

的骨盆示意图。最上面的展示海生的三棘刺鱼有完整的骨盆，中间水生活的三棘刺鱼，最底部展示的是典型的几乎没有骨盆的三棘刺al., 2014)。he loss of lateral plates in sticklebacks is illustrated by comparing a marirmour (top), a rare freshwater morph with an intermediate number of latypical freshwater morph with few lateral plates (bottom)(Rosenblum et a与适应性进化化指自然选择作用于群体的可遗传性状，挑选有利等位基因中的频率，减少有害等位基因在群体中的频率，这个过程称背景中，物种间相似表型特征的趋同进化，长期被视作适应背景环境的物种间的表型趋同，通常是自然选择的结果。然个特征的趋同进化可由多个原因引起。物种间的相似表型特作用结果；然而，即使物种间经受相似的选择压力，也会进011)。如果相似性表型不是在相似选择压力的作用下产生的

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