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动物所发现靶驱动的蝎毒素适应性进化的新证据

动物所发现靶驱动的蝎毒素适应性进化的新证据

  虽然早在1895年,达尔文在《物种起源》一书中就已经提出了自然选择是生物进化的动力的观点,但是现代进化生物学研究表明自然选择的作用在于推动物种适应性进化的过程和方向,而不是原因。有毒动物(如蝎,海葵,芋螺,蜘蛛和蛇等)是一类独特的动物类群,它们毒液中含有许多靶向离子通道的神经毒素,参与捕食和防御。这些毒素在分子水平上的自然选择已被广泛报道,但是它们进化的驱动力(原因)仍不清楚。

  中国科学院动物研究所研究员朱顺义领导的多肽生物学及进化研究组集中研究了来自我国的东亚钳蝎毒液中的一类对哺乳动物和昆虫均有毒性的α-钠通道毒素的适应性进化以及与其靶标通道之间的相互作用。他们首先鉴定了该蝎种α-毒素多基因家族承受正选择的氨基酸位点并发现这些位点定位于毒素幸运28-通道复合物的作用表面。通过系统地分析蝎的猎物(昆虫)和捕食者(鸟、蜥蜴和哺乳动物)钠通道的毒素结合区的进化方式和序列保守性,并综合先前广泛的突变数据,研究人员首次发现钠通道的毒素结合区氨基酸侧链的可变性是驱动蝎毒素适应性进化的主要动力。

  基于不同谱系钠通道毒素结合区的差异保守性,他们提出了相对于小型的猎物,体型更大的捕食者对蝎和它们的毒素的进化施加了更大的选择压力。该工作首次发现钠通道毒素结合区的松弛的净化选择是蝎毒素适应性进化的主要驱动力,表明了分子间的一种非典型的共进化关系。这一结论对于研究其它有毒动物毒素的进化具有重要的借鉴意义。

  该成果于107日在Scientific Reports 在线发表。论文第一作者张尚斐为幸运28多肽生物学及进化研究组硕士生。该研究得到了国家自然科学基金(31570773 31221091)等项目的资助。

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猎物和捕食者驱动了蝎毒素的适应性进化