蛇类处于脊椎动物演化历程的关键节点，是脊椎动物中的重要类群。全球有约4000种，广泛分布于除南极洲外的各大洲陆地和海洋。蛇类演化出了四肢缺失、身体延长、左右肺不对称发育和红外感应等特殊表型，揭示这些表型背后的遗传机制对理解脊椎动物演化历史具有重要意义。2023年6月19日，中国科学院成都生物研究所李家堂团队在Cell上发表了文章“Large-scale snake genome analyses provide insights into vertebrate development”。研究人员基于大规模多组学技术与基因编辑等研究手段，全面揭示了蛇类起源及特殊表型演化的遗传机制。研究选取了全球极具代表性的不同支系的蛇类，结合多组学及基因编辑等多学科交叉研究手段，系统阐释了蛇类的起源与特殊表型的演化机制。利用染色体水平蛇类基因组数据集，研究团队构建了蛇类系统发育框架，推断蛇类起源于约1.18亿年前早白垩纪。基于比较基因组学与基因编辑等多学科研究手段，科研人员发现蛇类PTCH1蛋白特异性缺失的三个氨基酸残基可能是其四肢缺失的重要遗传机制之一。大量编码及非编码调控元件的快速演化驱动了蛇类身体的延长。为适应身体延长，蛇类的内脏器官呈现不对称发育模式，如其左肺大多趋近于退化，而右肺则较为发达。研究发现，蛇类丢失了控制器官对称发育的DNAH11和FXJ1B基因，导致其左、右肺的不对称发育。此外，科研人员还探讨了红外感应蛇类和穴居的盲蛇类物种特殊表型的演化遗传机制，发现与热响应相关的PMP22基因和与三叉神经发育相关的NFIB基因的非编码调控元件的趋同演化是部分蛇类能够感知红外光谱的重要遗传驱动力。而盲蛇类物种则通过视觉感受RPGRIP1基因的丢失及几丁质酶CHIA的快速演化以适应穴居生活，并形成专食蚂蚁及蚂蚁卵的食性。本研究率先启动了蛇类大规模组学研究，解析了其特殊性状的分子机制，对理解爬行动物的演化历史具有重要意义，并将推动脊椎动物演化生物学等相关学科的发展。李家堂团队未来将聚焦蛇毒等重要遗传资源的挖掘和运用，为抗蛇毒血清及蛇毒衍生药物的研发提供科学支撑。研究团队将推动从基础科学到应用基础科学的发展，更好的服务国家重大战略需求。中国科学院成都生物研究所博士生彭长军、助理研究员任金龙和昆明动物研究所吴东东研究员研为该论文共同第一作者，成都生物所李家堂研究员为该论文的独立通讯作者。
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