你知道小鸟为什么可以飞吗？科学家已经解开了鸟类何以飞翔的基因密码。深圳的国家基因库生物多样性基因组学团队、华大基因、日本东北大学、东京大学、昆明动物研究所等单位的科学家们共同揭开鸟类特有性状的形成及宏观演化之谜——特异性保守序列对鸟类特有性状的宏观演化起到重要作用。

    “这项研究是一个多学科综合的成果，集合了基因组学、发育生物学、演化生物学和古生物学等多个学科的知识，为系统了解生物复杂演化机制提供了重要的借鉴。” 鸟纲基因组计划(B10K)负责人及本项研究的通讯作者张国捷研究员表示。

    基因调控决定鸟类特异性

    研究团队通过比较48个已知鸟类物种的基因组和9个其他类群脊椎动物基因组（涵盖哺乳类、爬行类、两栖类和鱼类），发现大概1%的鸟类基因组区域属于鸟类基因组特异性保守序列（ASHCEs），而超过99%的ASHCEs都落在非编码区。

    在比较蛋白编码基因数目时发现，跟其他脊椎动物相比，鸟类基因组极少产生新的蛋白编码基因。由此研究者们推断，鸟类特异表型的产生并不是通过增加新的蛋白编码基因来实现，而是通过改变非编码区的调控序列，从而影响基因的表达，即ASHCEs可能包含重要的基因调控功能。

    与恐龙分化后鸟类形成了飞羽

    研究者认为SIM1基因以及其关联的ASHCE对鸟类飞羽的形成有着重要的作用。而这个鸟类特有性状正是因为鸟类祖先在与其他恐龙分化后，SIM1基因附近获得一个关联ASHCE元件，促使了鸟类飞羽的表达，也使得鸟类获得飞翔的功能。 

    鸟类不仅在翅膀上生长出飞羽，在尾巴上也长着同样类型的羽毛，成为雄鸟展示自身，吸引异性的重要装饰。研究团队根据恐龙化石和早期鸟类祖先化石发现，翅膀上的飞羽和尾巴上的飞羽是在同一时期演化形成。根据SIM1基因在翅膀和尾巴的表达模式，研究人员推测两个部位的飞羽可能有相同的分子演化机制。

    SIM1是控制飞羽形成的关键基因

    SIM1鸟类特异的增强子是在恐龙时代获得的。根据化石记录推定，鸟类约在1亿7千多万年前侏罗纪时期获得初级的飞羽。而这个增强子约在1亿4千万年前开始受到强烈的自然选择压力，开始在鸟类基因组固定下来。此时恰好与鸟类祖先首次出现真正意义的现代飞羽的时间吻合。在这一时期鸟类进一步提高了其飞行能力。 

    “这可以理解为鸟类用3000万年学会了飞翔。”张国捷说。此外，研究人员还发现有些驯化的鸟类比如鸡和鸽子，由于人为的选择，有些品系甚至在腿上也长着相同的飞羽，在这些品系的腿部同样能检测到SIM1基因的表达，更进一步证明SIM1是控制飞羽形成的关键基因。/广州日报