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趋同进化(Convergent evolution)是自然界中较为常见的进化现象。趋同进化是自然界不同物种应对相同环境变化所产生相似的适应性结果,也是达尔文自然选择理论的重要支持证据。在基因组研究普及之前,对于趋同进化现象的研究主要集中于生理结构等表型水平。随着基因组数据的不断积累,具有表型趋同进化现象的物种间,是否同样在蛋白序列水平上也发生大规模趋同进化现象,值得深入研究。 疣猴亚科(Colob inae)是灵长类中主要以纤维素含量较高的植物叶片为食物的类群,在长期的进化过程中,疣猴亚科物种逐步具备与反刍动物具有类似的反刍消化道结构和消化能力。这种疣猴亚科与反刍动物之间的表型趋同进化现象是研究适应性进化的有力证据。 本研究,我们首次以涵盖金丝猴和反刍动物代表物种牛羊等物种的哺乳动物全基因组数据,全面开展了疣猴亚科代表物种金丝猴(Rhinopithecusroxellana)与反刍动物(Bovidae)之间的趋同进化比较基因组分析,系统探讨了趋同进化在基因组蛋白质序列水平发生的规模和规律。 通过三种不同趋同进化检测方法,主要得到以下三个结论: 1、不同趋同假设物种树的似然值差异进行基因趋同进化检测的方法,并不能有效检测出发生趋同进化的基因。 2、不同物种共同快速进化方法推测物种间引起表现趋同进化的基因的方法,当物种自有的快速进化基因基数差别较大,共同快速进化方法可能不适用于进化关系较远的物种间趋同进化研究。 3、基于所做分析的物种间的趋同进化位点进行直接鉴别和统计的方法,发现两两物种比较产生的趋同进化位点总数、平行进化位点总数和趋异进化位点总数三者存在较强线性关系。金丝猴与牛羊两种反刍动物的比较组合数据符合该线性关系。 金丝猴与反刍动物共同祖先之间平行进化的基因数量与猴亚科两个物种与反刍动物共同祖先的发生平行进化的基因数量相比,呈现明显的加倍趋势,发生平行进化的基因显著富集于能量代谢相关通路,推测金丝猴的部分基因的序列变化经历了反刍动物牛羊的共同祖先相似的变化过程,存在一定程度的趋同进化现象。 这些发现展示了基因组层面疣猴亚科与反刍动物之间的趋同进化情况,为趋同进化的比较基因组研究提供了新的视野。