中国科学院动物研究所魏辅文院士团队揭示哺乳动物滑翔适应的调控区域功能趋同 | SCLS

发布时间：2026-09-16来源：中国科学杂志社

滑翔（gliding）在现生哺乳动物中独立起源了6次，是研究趋同演化（convergent evolution）的经典案例。自然界中为什么会一次又一次“重复发明”同一种复杂性状？不同物种获得相似表型，究竟是依赖相同或相似的遗传改变，还是能够通过不同的遗传改变路径作用于共同的调控网络？

近日，中国科学院动物研究所魏辅文院士团队在Science China Life Sciences发表了题为“Functional convergence of regulatory regions provides vital insights into mammalian gliding adaptation”的研究论文。

该研究发现，不同滑翔谱系虽几乎不共享相同的加速演化调控元件，但这些调控元件所关联的潜在靶基因及功能模块却表现出强烈的功能趋同，为理解复杂适应性表型的趋同演化提供了新的研究视角。

研究团队首先构建了啮齿类红白鼯鼠（Petaurista alborufus）和有袋类蜜袋鼯（Petaurus breviceps）的染色体水平基因组，并构建了包含3个独立滑翔谱系、17种哺乳动物的比较基因组学分析框架。研究发现，3种滑翔物种谱系特异性加速演化保守非编码元件（gliding-specific accelerated conserved non-coding elements，GACNEs）在基因组中的具体位置高度分散，但其潜在关联编码基因显著重叠。尽管不同滑翔谱系中与GACNEs关联的具体基因集合存在较大差异，但这些基因的功能富集模式却高度相似，并涉及多项与滑翔适应密切相关的生物学过程。

进一步分析发现，GACNEs在基因组中的分布并非随机，而是在多个基因组区域显著聚集，形成演化热点（hotspots）。虽然不同滑翔谱系的热点区域在基因组位置上并无明显共享，但其关联基因却表现出高度一致的功能富集模式，特别涉及Wnt信号通路、附肢发育和大脑发育等关键生物学过程（图1）。相比之下，3个滑翔谱系的非滑翔近缘物种未表现出类似的特征，进一步支持这些特征可能与滑翔适应及其趋同演化密切相关。

图1 GACNE演化热点区域及其潜在功能特征

研究团队整合GACNE富集基因、GACNE热点以及转录因子（transcription factor）等信息，筛选出一批可能参与滑翔适应的核心调控因子，包括EMX2、ZFHX3、TCF7L2、TLE1和CTBP2等关键调控因子。已有研究表明，EMX2在翼膜形成过程中发挥重要作用；该研究进一步提示，ZFHX3可能参与翼膜发育、肌肉形成、软骨发育以及昼夜节律调控等多个过程，因此可能是滑翔适应中值得进一步验证的候选调控因子。此外，研究团队发现，多个与滑翔相关的候选增强子与已报道的胚胎前肢与体侧交界区域活性增强子存在重叠，进一步支持这些调控元件可能参与翼膜形成。

图2 滑翔适应核心转录因子

综上，不同滑翔谱系虽然极少共享相同的加速调控元件，但这些谱系中的候选调控元件可能通过作用于相似的基因调控网络和发育通路，呈现功能层面的趋同，并与相似适应性表型相关。未来，结合功能实验和多组学数据，有望进一步验证这些候选调控元件及核心调控因子的生物学功能，并将这一研究框架拓展至其他复杂适应性状的趋同演化研究，为解析复杂性状形成的遗传基础提供新的思路。

中国科学院动物研究所特别研究助理杜欣和西华师范大学生命科学学院樊惠中教授为论文的共同第一作者，中国科学院动物研究所魏辅文院士为论文的通讯作者。该研究受到国家自然科学基金和科技部重点研发项目资助。

文章信息

Du, X., Fan, H., Hu, Y., Huang, X., and Wei, F. Functional convergence of regulatory regions provides vital insights into mammalian gliding adaptation. Sci China Life Sci,

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