今天發表在領先的學術期刊《自然》上的一項研究對六種不同種類的活蝙蝠的基因組進行了測序，包括犀牛、埃及果蝠、蒼白的矛吻蝙蝠（Phyllostomuslor）、肌炎和鼠耳蝙蝠Pipistrellus kuhlii和Molossus molossus。
該研究揭示了蝙蝠一些"超能力"背後的基因，例如獨特的飛行能力，回聲定位導航，抗衰老長壽命和獨特的免疫/抗癌病毒能力。
雖然之前已經發表了其他蝙蝠的基因組，但Bat1K全球基因組學聯盟（http://bat1k.com）和脊椎動物基因組計劃（https://vertebrategenomesproject.org）的蝙蝠基因組比迄今為止發表的任何蝙蝠基因組完整10倍。這是這六隻蝙蝠的第一個高品質參考基因組。高品質的基因組對于了解這些性狀的分子基礎和進化至關重要。
圖1：六個蝙蝠基因組的組裝。
結合最新的測序技術群組裝算法，該團隊的高品質基因組資料在連續性方面比以前發表的蝙蝠基因組序列高出兩個數量級，并實作了近100%的遺傳完整性。研究人員對大約20，000個基因進行了高度完整的遺傳記錄，這些基因編碼每隻蝙蝠中的蛋白質。
通過全基因組篩選，研究人員發現一些免疫相關基因進化呈正向，這表明蝙蝠的共同祖先開始進化出與其他哺乳動物不同的免疫調節機制。
該論文研究結果的一個方面表明，APOBEC3基因家族的基因擴增和喪失導緻了進化，而APOBEC3基因在其他哺乳動物的病毒免疫中起重要作用。
在論文中解釋這一進化過程的細節，為研究在蝙蝠身上發現的這些遺傳變化而不是在其他哺乳動物身上發現的東西奠定了基礎，這些變化可以幫助防止其他哺乳動物，包括人類，感染病毒性疾病的最壞結果。
在第二次全基因組篩選中，他們使用先前開發的方法系統地篩選基因丢失。這揭示了六隻蝙蝠中的10隻的遺傳失活，但也揭示了大多數非蝙蝠的Laurasiatheria。其中兩個丢失的基因具有免疫刺激（圖3a）。例如，調節NF-B信号通路并編碼促炎因子的幾個基因失去活性。
圖3：全基因組篩查顯示可能與蝙蝠異常免疫有關的遺傳變化。
他們第三次觀察了基因家族大小的變化，發現35個基因家族在蝙蝠祖先中表現出顯着的擴張或收縮。其中，假設APOBEC3位點的擴增導緻APOBEC基因家族的擴增（圖3c），并且已知APOBEC3位點在飛狐（有翼狐屬）和其他哺乳動物中顯示出複雜的重複和丢失曆史。詳細的實驗分析表明，APOBEC3在蝙蝠的祖先譜系中具有小範圍的擴增，随後是多個家譜特異性擴增，涉及多達14個重複事件，包括在心肌炎中産生第二個APOBEC3位點。在多個蝙蝠系中擴增APOBEC3基因可能會促進病毒在這些系統中的耐受性。
蝙蝠基因組中的整合病毒
越來越多的證據表明，蝙蝠比大多數哺乳動物更能耐受病毒感染，并且能夠存活下來，這要歸功于它們的免疫反應的适應性。
研究中發現的免疫相關基因的選擇和删除，以及APOBEC3基因擴增的病毒限制，進一步支援了這一點。由于病毒感染可以在宿主基因組中以内源性病毒元件（EVEs）的形式留下痕迹，是以他們篩選了蝙蝠基因組，以确定它們是否比其他哺乳動物含有更多的EVE數量和多樣性。首先，他們專注于非逆轉錄病毒，這些病毒在動物基因組中的含量通常低于内源性逆轉錄病毒（ERV）。在蝙蝠個體和其他哺乳動物外來群體中，研究人員确定了三個主要的非逆轉錄病毒部門 - 微病毒，腺病毒和婆羅那維科（可擴充資料圖8a）。他們還在桉樹囊泡和Myotis中檢測到部分絲狀病毒，這與之前的報道一緻，即囊泡雪貂蝙蝠過去曾暴露于絲狀病毒感染并且可以存活。
"我們越來越多地發現，基因複制和丢失是整個生命樹中新特性和功能進化的重要過程。但是，如果基因組不完整，則很難确定基因何時會複制，并且更難知道基因是否缺失。在極高品質的案例中，新的蝙蝠基因組無疑改變了在低品質基因組中找不到的重要基因家族。
為了生成蝙蝠的基因組，該團隊使用了來自德國共享技術資源德累斯頓的最新技術，即德累斯頓概念基因組學中心，對蝙蝠的DNA進行測序，并開發新的方法來以正确的順序組裝片段，然後識别目前存在的基因。
盡管之前的努力已經确定了可能影響蝙蝠獨特生物學的基因，但不完整的基因組使基因複制如何影響這種獨特生物學的發現變得複雜。
該團隊将蝙蝠的基因組與其他42種哺乳動物的基因組進行了比較，以找出蝙蝠在哺乳動物生命樹中的位置。使用新的系統開發方法和全面的分子資料集，研究小組發現了蝙蝠最接近Fereuungulata基因組的證據，該基因組由食肉動物（包括狗，貓和海豹等物種），鱗狀盔甲（穿山甲），鲸目動物（鲸魚）和鑿蹄（有蹄哺乳動物）組成。
為了确定導緻蝙蝠獨特适應性變化的基因組變化，研究小組系統地搜尋了蝙蝠和其他哺乳動物之間的遺傳差異，确定了蝙蝠基因組中進化不同的區域，以及可能導緻蝙蝠獨特特征的遺傳增益和損失。
"由于一系列複雜的統計分析，我們開始發現蝙蝠'超能力'背後的基因，包括它們對RNA病毒的明顯耐受性以及它們擊敗RNA病毒的能力，"石溪大學進化生物學家Liliana M. Davalos說。
研究人員發現，精緻的基因組揭示了"病毒化石"，這是病毒感染前存活的證據，并表明蝙蝠基因組含有比其他物種更高的病毒殘留多樣性，提供了古代與病毒感染互相作用的基因組記錄。除了古代病毒插入之外，基因組還顯示出許多其他遺傳成分的迹象，包括"跳躍基因"或轉座因子。
"這些參考基因組将成為研究蝙蝠如何耐受冠狀病毒感染的重要工具，或者在面對新冠肺炎等疾病時增強人類生存能力的重要工具。該研究的作者在他們的論文中指出。此外，在分子水準上了解蝙蝠的神奇免疫力和延長生命的機制也有助于開發減緩人類衰老和治療疾病的新目标。
編譯/轉發經濟學家APP資訊組
資源： https://scitechdaily.com/genetics-of-bat-superpowers-revealed-how-they-fly-survive-deadly-viruses-resist-aging-and-cancer/
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2486-3
https://www.mirror.co.uk/science/scientists-discover-how-bats-survive-22397642
https://www.heraldscotland.com/news/18601393.bat-scientists-crack-code-behind-so-called-super-powers/