课题基金 / 基金详情

飞行脊椎动物染色质空间构象及开放性趋同研究

批准号:
32070416
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
潘胜凯
学科分类:
动物进化与发育
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
潘胜凯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
飞行的出现使得动物成功的占领了空中生态位,实现了由陆地进化到天空的飞跃,极大的拓展了动物的生存空间。在2亿年的进化历史中,就有三个脊椎动物类群先后独立进化出了飞行能力,它们分别是已经灭绝的翼龙、现生鸟类和蝙蝠。飞行能力的获得需要生物体发生一系列的形态结构和生理变化,以满足飞行的巨大能量需求。研究表明,这三类飞行脊椎动物在形态结构和生理表型上展现出了高度的趋同进化现象。这些形态和生理上的趋同应该具有遗传学的基础。的确,在遗传上,飞行脊椎动物独立表现出了基因组缩小的现象。然而,它们独立发生的基因组缩小与其形态或生理趋同之间的相互关系并未清楚。鉴于此,本研究聚焦飞行脊椎动物基因组缩小这一重大进化事件,采用比较基因组学的手段,探究这一趋同现象是否会导致染色质开放状态及其空间构象发生趋同进化,进而考察其是否导致趋同的基因表达调控模式,以探讨形态结构和生理功能趋同进化的可能分子机制。
英文摘要
The acquisition of flight has allowed animals to successfully occupy the air niche, largely expanding their living space. Upon 200 million years’ evolution, three vertebrate clades referring to extinct pterosaurs, living birds and bats, have independently evolved their flight abilities. The acquisition of flight capability requires a series of morphological and physiological changes to meet the huge energy requirements during flight. Studies have shown that these three flying vertebrates exhibit strong convergent evolution in both morphologies and physiologies. These morphological and physiological convergences should have common genetic basis. Indeed, flying vertebrates have independently evolved a shrinking genome. However, studies addressing how the independently occurred genome shrinkage leads to the observed morphological or physiological convergence are still lacking. As a result, this study will use comparative genomics approaches to explore whether the convergence of genome shrinkage lead to the convergence of the chromatin opening state and conformation, which results in convergence of gene expression regulation, and finally giving rise to the morphological and physiological convergences.
飞行是脊椎动物进化中最复杂和高度能耗的适应性特征之一,而鸟类和蝙蝠作为两类独立进化出飞行能力的脊椎动物,展现了基因组和表观遗传调控方面的趋同特性。基因组缩小、染色质动态调控及三维基因组结构优化被认为是支持飞行适应的重要机制。然而,不同物种间这些分子特性的协同作用及其对飞行相关表型的贡献尚未得到系统解析。本研究围绕鸟类和蝙蝠,利用多组学数据,包括基因组丢失片段、染色质开放性、三维基因组结构和转录组数据,全面探索了飞行脊椎动物的分子进化机制。. 通过比较基因组学分析,发现鸟类和蝙蝠在飞行特化过程中丢失了大量基因组片段,其中超过80%具有物种特异性。丢失片段与体型减轻、代谢优化、免疫调控及感官功能等关键生物学特性相关,推动了飞行能力和高效能量利用系统的进化。进一步分析表明,部分丢失片段中保守的调控元件可能通过影响基因调控网络,对适应性进化产生深远影响。. 在染色质开放性研究中,利用 ATAC-seq 和 RNA-seq 数据,构建了飞行脊椎动物肌肉组织的染色质开放图谱,发现其染色质开放区域显著富集于代谢、氧运输和肌肉收缩功能相关的基因,且这些区域的开放性与高表达直接相关。特别是在飞行物种中,增强子等关键调控元件表现出更高的开放性,推动了代谢及能量供给相关基因的高效表达,支持了飞行动力需求。. 三维基因组结构分析通过 Hi-C 技术进一步揭示,飞行物种的染色质空间构象展现了独特的趋同特性。增强子与目标基因之间的高频空间交互以及拓扑相关结构域(TADs)的紧凑性优化了关键基因的调控效率,为基因表达网络提供了精准的调控架构。这种三维结构的特化与基因组丢失及染色质开放性紧密协同,为飞行适应提供了多层次的分子基础。. 本研究首次整合基因组丢失片段、染色质开放性、三维基因组结构及转录组数据,从多层次揭示了鸟类和蝙蝠的适应性进化机制。研究表明,基因组片段的丢失为功能调控提供了简化基础,染色质开放性和空间构象的动态特化强化了飞行相关基因的表达效率。这些发现为解析飞行适应的分子机制和复杂表型进化提供了重要理论支持和实验数据。
猎隼翅长的遗传机制
  • 批准号:
    32570506
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    潘胜凯
  • 依托单位:
国内基金
海外基金