今天发表在领先的学术期刊《自然》上的一项研究对六种不同种类的活蝙蝠的基因组进行了测序，包括犀牛、埃及果蝠、苍白的矛吻蝙蝠（Phyllostomuslor）、肌炎和鼠耳蝙蝠Pipistrellus kuhlii和Molossus molossus。
该研究揭示了蝙蝠一些"超能力"背后的基因，例如独特的飞行能力，回声定位导航，抗衰老长寿命和独特的免疫/抗癌病毒能力。
虽然之前已经发表了其他蝙蝠的基因组，但Bat1K全球基因组学联盟（http://bat1k.com）和脊椎动物基因组计划（https://vertebrategenomesproject.org）的蝙蝠基因组比迄今为止发表的任何蝙蝠基因组完整10倍。这是这六只蝙蝠的第一个高质量参考基因组。高质量的基因组对于理解这些性状的分子基础和进化至关重要。
图1：六个蝙蝠基因组的组装。
结合最新的测序技术和组装算法，该团队的高质量基因组数据在连续性方面比以前发表的蝙蝠基因组序列高出两个数量级，并实现了近100%的遗传完整性。研究人员对大约20，000个基因进行了高度完整的遗传记录，这些基因编码每只蝙蝠中的蛋白质。
通过全基因组筛选，研究人员发现一些免疫相关基因进化呈正向，这表明蝙蝠的共同祖先开始进化出与其他哺乳动物不同的免疫调节机制。
该论文研究结果的一个方面表明，APOBEC3基因家族的基因扩增和丧失导致了进化，而APOBEC3基因在其他哺乳动物的病毒免疫中起重要作用。
在论文中解释这一进化过程的细节，为研究在蝙蝠身上发现的这些遗传变化而不是在其他哺乳动物身上发现的东西奠定了基础，这些变化可以帮助防止其他哺乳动物，包括人类，感染病毒性疾病的最坏结果。
在第二次全基因组筛选中，他们使用先前开发的方法系统地筛选基因丢失。这揭示了六只蝙蝠中的10只的遗传失活，但也揭示了大多数非蝙蝠的Laurasiatheria。其中两个丢失的基因具有免疫刺激（图3a）。例如，调节NF-B信号通路并编码促炎因子的几个基因失去活性。
图3：全基因组筛查显示可能与蝙蝠异常免疫有关的遗传变化。
他们第三次观察了基因家族大小的变化，发现35个基因家族在蝙蝠祖先中表现出显着的扩张或收缩。其中，假设APOBEC3位点的扩增导致APOBEC基因家族的扩增（图3c），并且已知APOBEC3位点在飞狐（有翼狐属）和其他哺乳动物中显示出复杂的重复和丢失历史。详细的实验分析表明，APOBEC3在蝙蝠的祖先谱系中具有小范围的扩增，随后是多个家谱特异性扩增，涉及多达14个重复事件，包括在心肌炎中产生第二个APOBEC3位点。在多个蝙蝠系中扩增APOBEC3基因可能会促进病毒在这些系统中的耐受性。
蝙蝠基因组中的整合病毒
越来越多的证据表明，蝙蝠比大多数哺乳动物更能耐受病毒感染，并且能够存活下来，这要归功于它们的免疫反应的适应性。
研究中发现的免疫相关基因的选择和删除，以及APOBEC3基因扩增的病毒限制，进一步支持了这一点。由于病毒感染可以在宿主基因组中以内源性病毒元件（EVEs）的形式留下痕迹，因此他们筛选了蝙蝠基因组，以确定它们是否比其他哺乳动物含有更多的EVE数量和多样性。首先，他们专注于非逆转录病毒，这些病毒在动物基因组中的含量通常低于内源性逆转录病毒（ERV）。在蝙蝠个体和其他哺乳动物外来群体中，研究人员确定了三个主要的非逆转录病毒部门 - 微病毒，腺病毒和婆罗那维科（可扩展数据图8a）。他们还在桉树囊泡和Myotis中检测到部分丝状病毒，这与之前的报道一致，即囊泡雪貂蝙蝠过去曾暴露于丝状病毒感染并且可以存活。
"我们越来越多地发现，基因复制和丢失是整个生命树中新特性和功能进化的重要过程。但是，如果基因组不完整，则很难确定基因何时会复制，并且更难知道基因是否缺失。在极高质量的案例中，新的蝙蝠基因组无疑改变了在低质量基因组中找不到的重要基因家族。
为了生成蝙蝠的基因组，该团队使用了来自德国共享技术资源德累斯顿的最新技术，即德累斯顿概念基因组学中心，对蝙蝠的DNA进行测序，并开发新的方法来以正确的顺序组装片段，然后识别当前存在的基因。
尽管之前的努力已经确定了可能影响蝙蝠独特生物学的基因，但不完整的基因组使基因复制如何影响这种独特生物学的发现变得复杂。
该团队将蝙蝠的基因组与其他42种哺乳动物的基因组进行了比较，以找出蝙蝠在哺乳动物生命树中的位置。使用新的系统开发方法和全面的分子数据集，研究小组发现了蝙蝠最接近Fereuungulata基因组的证据，该基因组由食肉动物（包括狗，猫和海豹等物种），鳞状盔甲（穿山甲），鲸目动物（鲸鱼）和凿蹄（有蹄哺乳动物）组成。
为了确定导致蝙蝠独特适应性变化的基因组变化，研究小组系统地搜索了蝙蝠和其他哺乳动物之间的遗传差异，确定了蝙蝠基因组中进化不同的区域，以及可能导致蝙蝠独特特征的遗传增益和损失。
"由于一系列复杂的统计分析，我们开始发现蝙蝠'超能力'背后的基因，包括它们对RNA病毒的明显耐受性以及它们击败RNA病毒的能力，"石溪大学进化生物学家Liliana M. Davalos说。
研究人员发现，精致的基因组揭示了"病毒化石"，这是病毒感染前存活的证据，并表明蝙蝠基因组含有比其他物种更高的病毒残留多样性，提供了古代与病毒感染相互作用的基因组记录。除了古代病毒插入之外，基因组还显示出许多其他遗传成分的迹象，包括"跳跃基因"或转座因子。
"这些参考基因组将成为研究蝙蝠如何耐受冠状病毒感染的重要工具，或者在面对新冠肺炎等疾病时增强人类生存能力的重要工具。该研究的作者在他们的论文中指出。此外，在分子水平上了解蝙蝠的神奇免疫力和延长生命的机制也有助于开发减缓人类衰老和治疗疾病的新目标。
编译/转发经济学家APP信息组
资源： 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/