作者:许悦 来源:中国科学报 发布时间:2020/2/27 20:17:06
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基因揭示纽约鼠如何“征服”城市
基因选择性清除帮助老鼠适应新环境

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图片来源:Gary Hershorn/Getty

美国繁华的大都市纽约,不仅仅是人类聚居地,更是老鼠的天堂。不论是在家中,还是在街头巷尾,你总能看见它们一闪而过的灵巧身影。据信,在纽约生活着约200万只老鼠。

这些老鼠很好地适应了都市生活,成为了“纽约鼠”。它们吃披萨、吃热狗,甚至吃沙拉,居住在地铁隧道,也可能出现在游乐场,足迹几乎遍布纽约的每个角落。

据《自然》报道,这些老鼠的基因组,为揭示它们是如何征服纽约等大都市提供了线索。一项本月发表在bioRxiv上的研究显示,遗传学家发现了数十种与饮食、行为和运动有关的基因,可能正是这些基因帮助纽约鼠征服城市、茁壮成长。

“作为一名进化生物学家,同时,也作为一个纽约人,我不禁对老鼠适应城市环境的方式感到惊讶。”哥伦比亚大学人口遗传学家Arbel Harpa说。他与福特汉姆大学进化生物学家Jason Munshi-South和旧金山州立大学的Pleuni Pennings共同领导了这项研究。

在寻找纽约老鼠进化的标志之前,研究人员首先要设法抓住它们。

2014年至2015年间,专攻城市进化和生态的Mushin-South团队从整个纽约市范围内,用培根、花生酱和燕麦混合的“美食”诱捕了近400只棕色老鼠(褐家鼠)。随后,研究人员对其中29(均来自曼哈顿)的全基因组进行了测序,并将它们与之前从中国东北部农村(据推测是褐家鼠的起源地)捕捉、测序的老鼠基因组进行了比较。

Harpak研究小组随后寻找基因组中含有变异的区域,这些变异可能正是使纽约鼠快速适应当地生活的关键。这种被称为选择性清除(由于受选择的连锁效应和突变的自然选择,一个突变位点相邻DNA上的核苷酸之间的差异下降或消除)的进化过程也发生在人类身上,例如扩散性的基因变异,使一些人类成年后仍能够消化牛奶。

扫描测序产生了包含数十个,在老鼠身上具有选择性清除特征的基因列表。其中包括一些与饮食、行为和行动能力相关的基因,这些或能反映出纽约鼠在这座“大苹果”城里生活的挑战和乐趣。虽然研究小组推测CYP2D1基因(该研究小组鉴定的一种可能对解除植物化合物毒素很重要的基因)可以让这些城市老鼠毫无负担地享用甘蓝沙拉,但科学家还不能说明这些基因组特征是如何在生物学上影响动物的。

Harpak认为团队得到的上述基因列表,是未来研究的起点。例如,在转基因实验室小鼠身上进行的试验,可以解释参与生长新神经元的基因突变,是否会改变小鼠的行为;还有,研究小组确定的与碳水化合物和糖代谢相关的其他基因,是否影响了小鼠的饮食。

哥伦比亚大学进化遗传学家和神经科学家Andrés Bendesky表示,研究人员发现的一些基因与大脑接线有关。研究人员推测,动物可能是通过改变神经回路来适应新环境的,但本目前还没有人证明这一点。

Harpak说,他和同事还希望通过观察19世纪纽约鼠的DNA,来确定这种选择性清除是什么时候发生的。他们计划从其他城市捕捉老鼠,看看它们的基因组进化方式是否与纽约鼠相同。

进化生物学家Hopi Hoekstra则根据近期她的一次失败捕鼠经历推测,来自其他城市的老鼠在基因上与纽约鼠可能会有一些差异。

大约一个月前,家住马萨诸塞州波士顿剑桥城的Hoekstra试图捉住家里地下室内的老鼠。然而这位有着25年捕鼠经验的野生啮齿动物遗传学家,几个星期都没能抓到它。于是,她请了专业人士——灭鼠人。灭鼠人告诉她,她用错了诱饵,剑桥老鼠更喜欢Dunkin甜甜圈和Slim Jims的干香肠点心,而不是她放置的花生黄油酱。现在,Hoekstra正在收集剑桥鼠进行DNA分析。“(剑桥鼠和纽约鼠)它们当然有区别。当地的灭鼠者都知道它们是不同的。”Hoekstra说。

相关论文信息:https://doi.org/10.1101/2020.02.07.938969 (2020)

 
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