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病毒與宿主在漫長的演化過程中的相互作用，會(huì)對(duì)宿主產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。近日，我國科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)了古病毒與鳥類演化的有趣關(guān)聯(lián)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，古老病毒曾經(jīng)插入到鳥類DNA中，并伴隨著雀形目鳥類的物種大爆發(fā)，從而在鳥類宿主里不斷增殖。有意思的是，鳥類不僅可以高效的清除掉增殖的病毒DNA，有時(shí)還會(huì)利用殘余的病毒來調(diào)控自身的基因表達(dá)，例如與鳴唱有關(guān)的基因。這一成果發(fā)表于《自然—通訊》。
嵌入基因組的古病毒
在現(xiàn)生鳥類1萬多種鳥類中，約有6600多種鳥類為雀形目鳥類，包括了黃鸝、金絲雀、柳鶯、百靈等人們熟悉的鳥類。
論文第一作者、中國科學(xué)院大學(xué)博士研究生陳光霽介紹說，雀形目的鳥類常被統(tǒng)稱為“鳴禽”，絕大多數(shù)的雀形目鳥類都善于唱歌，它們鳴唱用的肌肉構(gòu)造也很發(fā)達(dá)。
雀形目鳥類起源可追溯至距今約5070萬年前，在距今約2240萬年前發(fā)生了快速地輻射性演化事件，奠定了它們?nèi)缃裎锓N多樣性的格局。
“此次我們發(fā)現(xiàn)，在雀形目鳥類物種多樣性的形成過程中，可能有古老的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的參與。”陳光霽告訴《中國科學(xué)報(bào)》。
那么，何為內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒？
論文通訊作者、浙江大學(xué)生命演化研究中心和良渚實(shí)驗(yàn)室研究員馮少鴻解釋，某些逆轉(zhuǎn)錄病毒在感染了宿主細(xì)胞以后，有一定的概率將自己的全部或部分DNA序列插入到宿主的基因組中，從而留下感染的痕跡。如果這些序列插入了宿主生殖細(xì)胞的DNA中，就有可能會(huì)遺傳給后代。而且這些病毒序列可以轉(zhuǎn)錄表達(dá)，并在宿主細(xì)胞中發(fā)揮功能，這就被稱為內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。
助力物種多樣化和能力創(chuàng)新
在漫長的演化過程中，其中一類內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒K的序列元件廣泛的存在于雀形目鳥類基因組中，而且越是近期產(chǎn)生的物種，這類序列的拷貝數(shù)越多。
“我們這次在雀形目鳥類中發(fā)現(xiàn)了許多內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒K（ERVK）的序列元件，它們插入在了雀形目鳥類基因組的不同位置，在這類鳥的物種分化事件里不斷影響著它們的基因組格局。時(shí)至今日，這類內(nèi)源性病毒序列還在鳥類群體里不斷增殖?！瘪T少鴻說。
值得注意的是，在約2240萬年前的古近紀(jì)-新近紀(jì)界限時(shí)期，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒K不僅在雀形目鳥類里爆發(fā)性出現(xiàn)，同時(shí)期也侵入了我們靈長類和其他多個(gè)動(dòng)物類群的基因組中。
盡管內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒K的序列元件是古病毒感染宿主留下的“遺跡”，絕大多數(shù)已不再有完整的病毒基因功能，但有些殘余序列卻演化出了調(diào)控鳥類基因表達(dá)開關(guān)的功能。
這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，雀形目鳥類中多個(gè)基因的表達(dá)，可能受到了ERVK Solo-LTRs序列元件的調(diào)控。
“通過對(duì)雀形目鳥類和非雀形目鳥類物種大腦基因表達(dá)的比較，我們驚喜地看到ITGA2基因在雀形目鳥類發(fā)聲學(xué)習(xí)有關(guān)的腦區(qū)呈現(xiàn)出了高度表達(dá)，而在非雀形目鳥類中卻有較低的表達(dá)量?！标惞忪V說，“在雀形目中該基因上游區(qū)域插入了一段病毒來源序列，這一序列可能對(duì)該基因的表達(dá)起到了順式調(diào)控的作用?！?span style="display:none">ALd即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
據(jù)此，研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，古老病毒的不斷累積不僅為鳴禽鳥類提供了調(diào)控創(chuàng)新原材料，也促進(jìn)了雀形目鳥類在適應(yīng)性輻射演化進(jìn)程中的遺傳、性狀多樣性。
“這不僅豐富了人們對(duì)古病毒序列在鳥類物種演化中的作用的認(rèn)知，也為古病毒序列調(diào)控宿主基因功能從而影響宿主演化提供了一個(gè)例證?！瘪T少鴻如是說。
HVC、RA和X是鳴禽鳴唱控制通路的相關(guān)腦區(qū)，在斑胸草雀大腦的HVC區(qū)和RA區(qū)中都檢測(cè)到了ITGA2基因的高表達(dá)。陳星等繪
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47501-3
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-3279-0.html古老病毒序列，竟可調(diào)控鳥類大腦基因！
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