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全球首个穿山甲基因组测序完成——鳞甲和人类免疫系统有关
2018-10-24 09:15:00  来源:新华日报  
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  穿山甲为鳞甲目,穿山甲科,该科仅有一属,地栖性哺乳动物。体形狭长,全身有鳞甲,四肢粗短。穿山甲有8个种群,分布在中国的仅有一个种群,称为中华穿山甲,世界自然保护联盟评为极度濒危级。

  由西交利物浦大学医疗与技术研究中心主任朱绍和领导的国际研究小组对这种濒危动物的基因组进行了测序和研究,该研究成果将有助于人类对其他哺乳动物(包括人类自身)的免疫力建立更深入的了解。

  首个穿山甲基因组测序完成

  穿山甲从远古而来,最早的穿山甲化石可以追溯到始新世时期,大约3500万年到5500万年前。

  现存的穿山甲有8个种类,马来穿山甲、中华穿山甲、菲律宾穿山甲和印度穿山甲分布在亚洲,大穿山甲、树穿山甲、南非穿山甲和长尾穿山甲分布在非洲。由于近年来栖息地被破坏,以及人类药用、食用等需求导致的滥捕滥杀,这种生物正在遭遇着灭顶之灾。

  “我们已经完成了全球第一个穿山甲的全基因组测序及其基因组图谱, 基因组图谱的下游分析和研究工作持续至今。”朱绍和介绍说,穿山甲全基因组测序在此之前一直未能实现,很大程度上就是因为难以获得穿山甲的DNA样本,“由于选择性饮食习惯和免疫力低下的问题,穿山甲很难适应人工饲养。”

  在过去的150年里,有超过100家动物园和组织试图人工饲养穿山甲。“但令人遗憾的是大部分穿山甲都在几个月内死亡。”朱绍和希望能够从遗传学角度去解释为什么穿山甲拥有这些特征,以及去破解它难于圈养的谜团,“如果能够找到这其中的原因,我相信这些新知识也同样可以应用在其他领域。”

  “我同马来西亚野生动物和国家公园管理局已经合作了许多年,始终保持着十分紧密的关系。”朱绍和说,通过他们,国际研究小组获取了生物样本和活的穿山甲并用于研究。“穿山甲基因组庞大,接近人类的基因组大小。两者具有相似的基因组大小及基因的数量,这并不奇怪。因为人类和穿山甲都是胎盘哺乳动物,关系密切且拥有很多共同特征。”

  穿山甲是哺乳动物的特殊案例

  “然而,穿山甲是哺乳动物中非常特殊的一个案例。”朱绍和说,穿山甲主要依靠觅食蚂蚁作为其食物来源,它依靠高度发达的嗅觉来觅食。一旦穿山甲找到它们的猎物,就会用其长而轻快的舌头来捕食猎物。由于穿山甲没有牙齿,所以它们会用独特的胃来消化食物。

  有一种假设认为,穿山甲进化出鳞片是为了保护其免受微生物感染。“之前的研究显示,人体中的干扰素ε(IFNE)基因,能对皮肤和黏膜的免疫力发挥重要作用。该基因在人类的皮肤表层,以及黏膜保护下的肠道和肺部中表达,为试图进入体内的病原体设置了第一道防线。”朱绍和说,而在他们所检测的穿山甲(中华穿山甲、马来穿山甲及非洲的四种穿山甲)体内, IFNE基因呈现“假基因化”、失去功能的状态,也就是说,IFNE基因的功能缺失很大可能导致穿山甲的皮肤免疫功能下降,“鳞甲可能是以一种进化的形态来弥补皮肤免疫力的下降。”

  “鳞甲可以帮助穿山甲抵御掠食动物发起的攻击,由此保护它免受创伤以及创伤所导致的微生物感染。”朱绍和认为,事实上,干扰素ε基因在人皮肤中能够正常表达,并能发挥作用。从进化的角度来看,鳞片可能在一定程度上弥补了IFNE基因功能缺失所引起的皮肤免疫功能弱化。如果有一天人类失去了IFNE,我们的皮肤是否也会像穿山甲进化出鳞甲,“这将是一个非常有趣的问题。”

  “有了基因组图谱后,我们可以通过比对穿山甲和人类基因组序列的一些不同,去探索我们未曾发现的秘密,或是解答许多新的科学问题。”朱绍和说,比如,通过穿山甲和人类(以及其他哺乳动物)全基因组比对分析,我们发现穿山甲的鳞甲(源自毛发)可能是一种十分特殊的用于适应环境的新方式,被用来补偿其皮肤的低免疫力。我们也发现穿山甲的一些与病原体反应及免疫力相关的基因已经进化,如具有穿山甲特异性的突变。“我们认为这些突变带来的进化可能帮助提升穿山甲的免疫力,将来也许可以在人类身上测试这些基因的变化是否也能提高人体的免疫力,这也是一个十分有意义的研究。”

  成果将用于人体免疫研究

  目前,穿山甲项目是朱绍和领衔的大学医疗健康与技术研究中心下属的苏州基因组中心的其中一项核心研究项目。

  “事实上,除了穿山甲,我当时还有很多其他动物可以选择,其中包括马来貘、儒艮、马来亚虎等,但是最终我还是选择了穿山甲。” 朱绍和说,主要是因为它拥有非常独特的特征,例如奇特的鳞片,非常健壮的肌肉,强烈的嗅觉,以及无牙等,“通过研究穿山甲具有独特性的遗传起源,我们可以更好地了解哺乳动物的进化,包括人类进化。”

  朱绍和说,该核心项目将集中在以下两个主要研究方向。第一是濒危穿山甲的保护,利用在穿山甲遗传方面的新发现,为穿山甲提供更好的保护和拯救方案。第二是将多年分析穿山甲基因组的成果应用于人体免疫和人类疾病研究中。

  “我们也发现一些基因或基因的突变可能与穿山甲拥有健壮的肌肉和强烈的嗅觉有关。”朱绍和说,如果进一步在人类身上研究这些基因,可能帮助人类了解这些基因是否有助于增强人的嗅觉,或是帮助那些失去嗅觉的人重新恢复其嗅觉,以及强壮肌肉。但是,要想验证这些假设,在未来需要通过大量实验来证明。

  “在测序和分析全球首个穿山甲的全基因组后,我们在这一领域都是一直保持着国际领先的状态。近几年来,我们都在深入分析该基因组以及从事穿山甲的相关实验,累积了很多重要的数据。”朱绍和说,希望可以测试新的方法来拯救即将濒临灭绝的穿山甲,这需要做很多基础性的研究工作,“政府和企业可以予以更多的关注以及更多的支持和帮助,共同来拯救这一濒危物种,穿山甲作为一种独特的哺乳类动物具有非常高的生态和医学研究价值,也可能帮助人类治疗某些疾病。”

  本报记者 王 拓

标签:穿山甲;哺乳动物;基因
责编:王凰
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