（来源：中科院之声）
自然界中亲缘关系较远的物种在相似环境或生活方式下，往往会独立演化出相似的适应性特征，这种现象叫做趋同演化。
广泛分布在世界各地、多种多样的地下哺乳动物，为应对黑暗、低氧、高二氧化碳的地下极端环境，以及长期掘洞带来的能量损耗，逐渐演化出一些相似的特征，成为研究适应性演化和趋同演化的理想模型。
近日，中国科学院动物研究所团队从多组学角度，阐明宿主基因组趋同而非肠道微生物组趋同，是地下哺乳动物适应地下极端环境的趋同演化基础。
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从基因组到肠道微生物组
在探索适应性演化和趋同演化的遗传机制时，科学家们的视野已经从基因组逐步拓展到肠道微生物组。
肠道微生物组作为宿主“第二基因组”，在食物利用、能量代谢、免疫调节和环境适应中发挥着重要作用。例如，在高海拔动物中就曾观察到肠道微生物组的趋同现象，提示其在适应缺氧环境中具有关键意义。
那么，地下哺乳动物是否也依赖肠道菌群的趋同演化来生存？还是主要靠自身基因组的变化？
为了回答这个问题，研究团队从多组学角度出发，对地下哺乳动物的趋同演化机制进行了深入研究。
02
基因组层面的关键适应
在基因组层面，研究团队组装了一只雄性中华竹鼠（Rhizomys sinensis）的染色体水平基因组。与其他啮齿动物（通常有2个Hsp90基因拷贝）相比，中华竹鼠基因组中Hsp90基因家族发生显著扩张，共发现10个Hsp90基因拷贝。
▲中华竹鼠Hsp90基因家族发生显著扩张
Hsp90是一类重要的分子伴侣蛋白，能够帮助细胞中的蛋白质正确折叠、稳定并修复受损蛋白，尤其在缺氧、热胁迫或氧化压力下发挥关键作用。
中华竹鼠基因组中Hsp90基因家族的扩张，可能增强了其在低氧和高二氧化碳环境中维持细胞功能的能力，从而有助『于适』应地下洞穴生活。
进一步比较基因组学分析发现，在四种地下哺乳动物（中华竹鼠、盲鼹鼠、土黄鼹形田鼠、裸鼹鼠）的基因组中，存在多个与低氧、免疫、听觉和视觉感知相关的趋同适应信号。
其中，与视觉发育和感知相关的Megf11蛋白的氨基酸趋同变化（A438S），不仅存在于地下哺乳动物，也在部分夜行性动物中出现，呈现出一个有趣的与黑暗环境适应相关的趋同演化现象。
▲地下哺乳动物趋同适应的基因
另外，编码角蛋白9的Krt9基因在多个地下哺乳动物支系中均发生假基因化（即基因失去正常功能），该基因在足垫中发挥作用，缺失后可能导致角质层增厚。对地下哺乳动物来说，这种变化可能有助于它们长期挖掘而不受伤害。
03
系统发育背景
主导菌群组成
在肠道微生物组层面，研究团队发现不同地下哺乳动物都拥有各自的优势菌群，这些菌群在功能上表现出不同的富集模式。例如，能量代谢通路更活跃，可以帮助动物在缺氧条件下获得足够能量。同时，一些与环境感知和氨基酸代谢相关的通路增强，可能有助于抗炎和保护肠道屏障，支持宿主适应地下环境。
然而，地下哺乳动物肠道微生物组的结构和功能并没有表现出趋同演化，而是主要受到宿主的系统发育和肠道形态结构的影响。
▲地下哺乳动物肠道微生物组结构和功能未发生趋同演化（CBR-中华竹鼠、BMR-盲鼹鼠、LM-长尾鼹）
这项研究从基因组和肠道菌群等多个角度探讨了地下哺乳动物适应洞穴极端环境的机制。
结果表明，它们的穴居适应主要依赖宿主基因组的趋同演化，而非肠道微生物组的趋同，这为理解地下动物如何应对极端环境提供了新的视角。
