实验室最新研究揭示了鸟类食性适应的进化新机制

    近日，进化生物学领域知名期刊《Molecular Biology and Evolution》(IF=14.797)发表了武汉大学生命科学学院生态学系赵华斌教授课题组的最新研究成果，论文题目为Diet and adaptive evolution of alanine-glyoxylate aminotransferase mitochondrial targeting in birds（食性和鸟类丙氨酸乙醛酸盐氨基转移酶线粒体靶向的适应性进化）。该研究首次发现肉食性（食虫和食肉）鸟类的alanine-glyoxylate aminotransferase（丙氨酸乙醛酸盐氨基转移酶，简称AGT酶）倾向于靶向线粒体，而植食性（食谷）的鸟类则具有很低的线粒体靶向效率。

    分子进化分析发现，专食花蜜的蜂鸟的AGT丢失了线粒体靶向序列（Mitochondrial targeting sequence, MTS），因此失去了靶向线粒体的能力。通过系统的序列查找，作者获得了14种不同食性的鸟类的AGT全长序列。通过一种改进的细胞实验方法，作者发现植食性鸟类的AGT都独立地丢失了线粒体靶向的能力。系统发生比较分析表明，鸟类AGT的线粒体靶向效率与食物中肉食性食物的比例显著正相关。进化选择压分析显示，鸟类AGT基因MTS区域受到正选择作用，而非MTS区域（mature region）则受到很强的功能约束。不同食性鸟类的AGT的线粒体靶向效率的不同可能来源于这一正选择作用下MTS的功能改变。

    相比于序列高度变异的MTS，作者发现鸟类AGT过氧化物酶体靶向序列（type 1 peroxisomal targetingsequence, PTS1）十分保守。细胞实验表明，鸟类AGT的过氧化物酶体靶向序列能够高效地介导AGT的过氧化物酶体靶向。这种高效的过氧化物酶体靶向能力可能来自鸟类的祖先。这项工作为鸟类祖先可能具有食谷食性的理论假说提供了新的证据。

    同时，作者还发现，在之前研究中被广泛使用的预测蛋白细胞器靶向的软件并不适用于鸟类AGT。预测和实验结果的矛盾表明仅仅基于软件预测进行蛋白亚细胞定位的推断并不可靠。该研究拓展了对丙氨酸乙醛酸氨基转移酶与食性的相互关系的认识，给鸟类食性驱动的分子进化提供了新的案例，为研究其它动物食性适应的进化与遗传学机制提供了新思路和实验方案。课题组目前正在研究蝙蝠等兽类的AGT进化及其在食性适应中的作用机制。