蛇島蝮(Gloydius shedaonesis)是蛇島上唯一的蛇類(lèi)，在這樣一個(gè)面積僅0.73平方公里的小島上生活著約20000條蛇。它們的主要食物來(lái)源是候鳥(niǎo)，只有在遷徙季節(jié)才會(huì)在島上停留。由于攝食季節(jié)很短，為了節(jié)省能量，在非捕食季節(jié)，蛇島蝮很少活動(dòng)，甚至?xí)M(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間的休眠狀態(tài)。然而長(zhǎng)期的靜止可能會(huì)帶來(lái)一系列負(fù)面影響，例如血栓，肌肉萎縮，能量短缺和生物鐘紊亂。
為了研究蛇島蝮潛在的遺傳適應(yīng)機(jī)制，中科院成都生物所生態(tài)領(lǐng)域傅金鐘團(tuán)隊(duì)呂彬，齊銀等科研人員與蛇島保護(hù)區(qū)合作對(duì)蛇島蝮及其大陸近親（G. intermedius）進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和進(jìn)化比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛇島蝮的進(jìn)化速率比大陸近親低得多（只有其69%），這可能與長(zhǎng)期休眠造成的代謝抑制有關(guān)。研究團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)基因中檢測(cè)到了自然選擇的信號(hào)，包括抗凝血酶（SERPINC1）和肌肉萎縮（AARS）相關(guān)的基因。這些基因可能在抗血栓和維持肌肉功能等方面發(fā)揮了重要作用。節(jié)律性的生理或行為事件可能與環(huán)境振蕩的周期相匹配。生物鐘基因（CRY2）在蛇島蝮中發(fā)生了快速的進(jìn)化，并表現(xiàn)出兩個(gè)僅限于蛇島蝮的氨基酸替換，其中一個(gè)突變可能影響蛋白質(zhì)功能，這與2019年Science發(fā)先的馴鹿適應(yīng)極晝極夜生活的分子鐘基因突變（PER2-CRY complex）不謀而合。另外脂肪酸-β-氧化相關(guān)基因（ACATA1）和晝夜節(jié)律基因（KLF10）表現(xiàn)出趨同/平行進(jìn)化的模式，相較與葡萄糖，脂肪酸氧化可以提供更多的能量。綜上所述，本研究揭示了蛇島蝮在食物匱乏的情形下是如何適應(yīng)長(zhǎng)期靜止及休眠的生活狀態(tài)，并在抗血栓形成，調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律時(shí)鐘和緩解肌肉萎縮等方面提供了后續(xù)研究思路。在李家堂團(tuán)隊(duì)的幫助下蛇島蝮及其近親的基因組測(cè)序和組裝工作目前也已完成，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步從基因組結(jié)構(gòu)和變異角度探尋島嶼蛇類(lèi)進(jìn)化與適應(yīng)，自交衰退等一系列科學(xué)問(wèn)題。
該工作以“Genetic Adaptations of an Island Pit-Viper to a Unique Sedentary Life with Extreme Seasonal Food Availability”為題發(fā)表在G3: GENES, GENOMES, GENETICS上。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所傅金鐘團(tuán)隊(duì)的呂彬副研究員為文章第一作者，齊銀為通訊作者。該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然基金和四川省科技廳基礎(chǔ)研究等項(xiàng)目支持。
圖1 蛇島蝮的進(jìn)化地位及特有的突變基因