近期，華大生命科學研究院與國内外科研機構共同發起的萬種鳥類基因組計劃（B10K）在《自然》（Nature）及《自然·通訊》（Nature Communications）發表了兩項新成果。
2024年4月2日，鳥類生命之樹的研究發表于《自然》，成果重建了現生鳥類的演化關系、提出了新的分類方案，并首次提出了元素鳥類的新類群概念，這為了解鳥類及其複雜性狀演化奠定了堅實基礎；2024年4月11日，發表于《自然·通訊》的成果發現，古老病毒曾經插入到鳥類基因組裡，而鳥類不僅可以高效地清除病毒序列，還可能利用殘餘的病毒來源序列調控自身的基因表達。
兩篇新成果的資料均來源于萬種鳥類基因組計劃（B10K）此前發表的鳥類全基因組資料。
此前B10K鳥類基因組相關成果
2014年12月，由華大生命科學研究院主導的一項跨國合作揭示了48種鳥類的基因組，這些寶貴資料以鳥類專刊形式集中發表于《科學》等雜志；2020年11月，華大聯合國際合作夥伴在《自然》上發表了兩篇背靠背文章，展示了萬種鳥類基因組計劃第二階段的研究成果——363種鳥類的基因組資料與無參考序列下多基因組比對和分析的新方法。
這些前期的基因組資料積累，為全球科研團隊深入探索鳥類基因組的多樣性和演化奧秘提供了基礎，這也凸顯了基因組資料積累的重要性以及資料挖掘在推動科學進步中的關鍵作用。
下面，就和小編一起來看看近期的研究都有哪些新發現吧~
新成果一：重構鳥類生命之樹，現生鳥類的劃分有了新方案
2024年4月2日，萬種鳥類基因組計劃于《自然》釋出第二階段關于鳥類生命之樹的研究成果。
Nature官網截圖
現生鳥類超過了一萬種，在生物分類學上屬于鳥綱（Aves）中的新鳥亞綱（Neornithes），大緻可以分為古颚類和今颚類兩個主要類群。古颚類包含了大量無法飛行的鳥類，如鴕鳥、鸸鹋等；今颚類則可以進一步分為雞雁小綱（Galloanseraes）與新鳥小綱（Neoaves）兩大分支，前者包括我們熟悉的雞、鴨和雁等，後者則是當今鳥類的主體，包括了95%的現生鳥類。
此次研究中，科研人員利用363隻鳥類的全基因組資料覆寫鳥綱中92%的科階元，重新建構了現生鳥類的系統發育樹，為鳥綱類群的分類關系提出了一套新的劃分方案——将當今鳥類的主體新鳥小綱，劃分為奇迹鳥類、鴿鸨類、陸鳥類和全新确立的元素鳥類四個分支。
根據過去的研究，在不到1千萬年裡，新鳥類的祖先分化出大量的新類群，基本奠定了當下新鳥小綱近萬種鳥類的物種多樣性格局。而輻射性演化帶來的物種多樣性，也使得研究新鳥小綱各類群間的演化關系極具挑戰性。
生命之樹是了解物種演化的關鍵。過去，研究人員通過形态學、線粒體、少量蛋白質編碼基因序列等資料，對新鳥小綱主要類群間的系統發育關系提出了各種觀點，也産生了許多争議。本次研究以更合理的全基因組範圍篩選的基因間區比對序列資料集，重新建構了現生鳥類的系統發育樹，提供了一套新的鳥類分類劃分方案。
新鳥類生命之樹将新鳥小綱劃分為四大分支：第一個分支是奇迹鳥類，如火烈鳥與䴙䴘（pì tī）等；第二大分支為鴿鸨類，如鴿、鸨、杜鵑等；第三大分支是陸鳥類，如雀鳥、鹦鹉、鷹、啄木鳥等。
第四大分支是此次研究提出的全新類群——元素鳥類（Elementaves）。元素鳥類既包括了主要在水域活動的企鵝、潛鳥、信天翁等鹭形類、鶴形類，也包括了主要在陸地活動的麝雉等，還有擅長在天空活動的夜鷹和雨燕等夜鷹目。分别對應水、土和氣三種古典元素，是以得名。
此外，新鳥類經曆的快速輻射性演化事件的發生時間也存在較大争議。之前的分子生物學研究推定這一事件發生在“白垩紀-古近紀（K–Pg）物種大滅絕事件”附近，但不能判定是發生在大滅絕之前，還是之後。
基于本次研究建構的鳥類系統發育樹，支援大量的新鳥類群是在白垩紀-古近紀界線後，發生快速輻射性演化的觀點。同時，研究人員還發現雀形目鳥類在古近紀-新近紀（Paleogene-Neogene）界線之後也經曆了快速的輻射性演化。
本項研究成果也被多家科研機關和媒體期刊報道為“或将改寫教科書的研究成果”。
新成果二：雀形目鳥類利用古病毒序列調控基因表達
2024年4月12日，華大生命科學研究院、中國科學院大學華大專項與浙江大學生命演化研究中心等機關聯合發表了一項關于古病毒影響鳥類物種演化的研究。研究發現，古老病毒曾經插入到鳥類DNA裡，并伴随着雀形目鳥類物種大爆發在鳥類宿主裡不斷增殖。而鳥類不僅可以高效清除掉這些增殖的病毒DNA，并還可能利用殘餘病毒來源序列調控自身的基因表達。成果發表于《自然·通訊》。
Nature Communications官網截圖
病毒與宿主在漫長的演化過程中既對抗又合作，對宿主産生深遠影響。一些RNA病毒序列可以整合進宿主基因組，且在宿主基因組中不斷擴張。這些病毒序列被稱為内源性逆轉錄病毒（ERVs）。
研究團隊對鳥類基因組中的内源性病毒序列開展了系統研究，發現相對于其他脊椎動物，鳥類有着更高水準清除不斷擴張的病毒序列的演化壓力，這可能是鳥類基因組整體擁有更少内源性病毒序列的潛在原因。
同時，團隊在雀形目鳥類中也有了新發現。雀形目是當代鳥類中最多樣化的目級類群，有6600多個物種，約占鳥類物種總數的60%，如黃鹂、金絲雀、柳莺、百靈等。其中，又有約三分之二的雀形目鳥類因善于鳴唱而被稱為鳴禽。
研究推測，一類内源性逆轉錄病毒K（ERVK）伴随着雀形目鳥類的物種分化在其基因組中積累，促進了雀形目鳥類在遺傳和性狀方面的多樣性。盡管這些序列元件是古病毒感染宿主留下的“遺迹”，絕大多數已不再有完整的病毒基因功能，但病毒殘留的序列也可能影響着鳴禽腦中的基因表達。
“我們發現，雀形目鳥類中多個基因的表達，可能受到了古老病毒ERVK Solo-LTRs序列元件的調控。”論文第一作者、中國科學院大學華大專項-武漢華大生命科學研究院聯合培養博士研究所學生陳光霁介紹道，“通過比較雀形目鳥類（斑胸草雀）和非雀形目鳥類（雞）的大腦基因表達情況，我們發現，ITGA2基因在雀形目鳥類發聲學習相關的腦區高度表達。在斑胸草雀中，ITGA2基因上遊區域插入的一段病毒來源序列可能對該基因的表達起到了順式調控的作用。”
HVC、RA和X是鳴禽鳴唱控制通路的相關腦區，在斑胸草雀大腦的HVC區和RA區中都檢測到了ITGA2基因的高表達（陳星、冉浩與楊宇等制圖）
研究團隊不僅在野生斑胸草雀的基因資料中，觀察到内源性逆轉錄病毒K Solo-LTRs呈現基因組插入位點的多樣性，也在其生殖系統中，發現了内源性逆轉錄病毒K基因高表達活性，而生殖系統中的高活性是古老病毒序列得以垂直傳播的先決條件。
這些結果提示，直至今日，這些古老的病毒序列可能仍在不斷地改變雀形目鳥類的基因組結構，影響鳥類的遺傳多樣性組成。
萬種鳥類基因組計劃（B10K）介紹
萬種鳥類基因組計劃（B10K）是由華大生命科學研究院、浙江大學生命演化研究中心、丹麥哥本哈根大學、美國洛克菲勒大學、中國科學院北京動物研究所、史密森學會國家自然曆史博物館和國内外多個研究中心、自然曆史博物館共同發起的國際聯合攻關項目。項目旨在建構所有現生約10500種鳥類的基因組圖譜，将從全基因組水準建構所有現生鳥類物種的生命之樹，解碼動物遺傳變異和性狀差異之間的聯系，揭示分子演化和生物地理學及生物多樣性之間的關系，評估環境氣候及人類活動對物種演化過程及生物多樣性的影響，并且揭示整個鳥綱物種的種群變化曆史。
B10K項目至今已在SCI期刊文章累計88篇，包括在CNS正刊發表13篇文獻，以及數十篇在Nature Ecology & Evolution, Nature communications， Science Advances等國際著名期刊。更多資訊可通路萬種鳥基因組計劃（B10K）官方網站https://b10k.genomics.cn/ 和https://b10k.com。
Nature 成果作者署名：浙江大學生命演化研究中心張國捷教授，美國加州大學聖疊戈分校Siavash Mirarab副教授與張國捷課題組前博士後、現任哥本哈根大學助理教授的Josefin Stiller博士為文章的通訊作者；華大生命科學研究院方琦博士、鄧媛博士、陳光霁、高榕聲、周程冉博士為論文共同作者。
Nature communications成果作者署名：中國科學院大學華大專項-武漢華大生命科學研究院聯合培養博士研究所學生陳光霁為文章第一作者；浙江大學生命演化研究中心和良渚實驗室的馮少鴻研究員與複旦大學崔傑教授為文章的通訊作者；浙江大學生命演化研究中心張國捷教授、餘丹、孫丹陽、盧妍林，中國科學院上海免疫與感染研究所李祥博士、王曉靜博士，華僑大學碩士研究所學生楊宇、柯榮秦教授為文章共同作者。