比较基因组研究为猫的进化提供了新的线索

德克萨斯农工大学和密苏里大学科学家领导的新研究解释了猫(包括家猫、狮子、老虎、杰弗罗伊猫和亚洲豹猫)如何进化成不同的物种，并揭示了猫的不同基因变化与生存能力之间的关系就像嗅到猎物的能力一样。

德克萨斯农工大学研究员比尔·墨菲教授说：“我们的目标是更好地了解猫是如何进化的以及猫物种之间性状差异的遗传基础。”

“我们希望利用一些新技术来创建更完整的猫基因组图谱。”

墨菲教授和同事们试图更好地理解为什么猫的染色体(包含毛皮颜色、大小和感觉能力等特征的遗传信息的细胞结构)比其他哺乳动物群体更稳定。

“我们已经知道跨物种的猫染色体彼此非常相似。例如，狮子和家猫的染色体几乎没有任何区别，”墨菲教授说。

“与类人猿中常见的情况相比，重复、重排和其他类型的变异似乎要少得多。”

在灵长类动物中，这种遗传变异导致了不同物种的进化——包括人类和类人猿。

“类人猿基因组往往会断裂和重新排列，甚至人类基因组也有非常不稳定的区域。这些变异可能会使某些人容易患有遗传性疾病，例如自闭症和其他神经系统疾病，”墨菲教授说。

猫和猿之间这种差异的关键似乎是所谓的节段重复的频率。

“灵长类动物基因组研究人员已经能够将这些片段重复与染色体重排联系起来。DNA 中的片段重复越多，染色体重新排列的可能性就越大，等等。”墨菲教授说。

“通过比较大量猫科动物的基因组，我们发现猫只具有其他哺乳动物群体中发现的片段重复的一小部分——灵长类动物的这些重复实际上是猫的七倍。这是一个很大的差异，现在我们相信我们理解为什么猫的基因组更稳定。”

虽然猫的 DNA 中可能没有那么多大的基因重排，但它们仍然有很多差异。

通过他们的研究，作者现在更好地了解了猫 DNA 的哪些部分导致了这些变异，特别是定义物种形成的变异，或物种之间的差异。

“事实证明，X 染色体中心有一个很大的区域，大部分基因重排都发生在那里，”墨菲教授说。

“事实上，这个区域中有一个名为DXZ4的特定重复元件，证据告诉我们，它在很大程度上导致了至少两种猫科动物(家猫和丛林猫)的基因隔离。”

DXZ4是卫星中继;它不是编码毛皮颜色等身体特征的典型基因，但它有助于 X 染色体的三维结构，并可能在猫的物种形成中发挥重要作用。

“我们仍然不知道确切的机制，但通过比较所有这些猫的基因组，我们可以更好地测量DXZ4在一个物种中相对于所有其他物种的进化速率。我们了解到，DXZ4是猫基因组中进化最快的部分之一;它的进化速度比基因组中 99.5% 的其他部分都要快。”墨菲教授说。

“由于它的突变速度，我们能够证明为什么DXZ4可能与物种形成有关。”

墨菲教授和合著者还利用新的、高度详细的基因组序列，发现了嗅觉基因数量之间更清晰的联系，这些基因控制着猫的气味检测和社会行为的变化以及它们与周围环境的关系。

墨菲教授说：“由于猫是捕食者，它们严重依赖嗅觉来发现猎物，因此它们的嗅觉是它们的重要组成部分。”

“猫是一个非常多样化的家族，我们一直想了解遗传变异如何影响不同猫科动物在不同环境中的嗅觉能力。”

“狮子和老虎在某些涉及检测信息素的气味基因之间存在很大差异，信息素是不同动物释放到环境中以传达有关身份、领地或危险信息的化学物质。”

“我们认为巨大的差异与狮子是非常​​群居的动物，生活在家庭群体中，而老虎则过着孤独的生活方式。狮子对信息素和其他气味的依赖可能会减少，因为它们总是在其他狮子身边，这反映在它们的基因组中此类基因较少。”

“另一方面，老虎需要能够在非常大的领地范围内闻到猎物的气味并寻找配偶。”

“一般来说，老虎拥有大量的嗅觉和信息素受体库。我们认为这与它们的领地大小和生活环境的多样性直接相关。”

“另一方面，家猫似乎失去了广泛的嗅觉基因。”

“如果它们因为与人类生活在一起而不必长途跋涉去寻找所需的东西，那么自然选择不会保留这些基因是有道理的。”

这项研究最重要的结论之一是，猫科动物可能在很多方面相似，但它们的差异很重要。

墨菲教授说：“这些差异向我们展示了这些动物如何完美地适应它们的自然环境。”

“它们不可互换，这对于自然资源保护主义者和其他致力于保护或恢复自然栖息地物种的人来说是宝贵的信息。”

研究结果发表于 2023 年 11 月 2 日《自然遗传学》杂志上。