胡皓夫

關(guān)鍵詞：基因組 測(cè)序 鳥類 演化

地球上現(xiàn)存的幾千種各式各樣的美麗可愛(ài)的鳥。它們都是如何演化的，之間的親緣關(guān)系又是怎樣的。它們適應(yīng)不同環(huán)境的能力背后有什么樣的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)?？茖W(xué)家利用最新的基因組學(xué)技術(shù)。從分子層面為人們解開鳥類多樣性背后的分子機(jī)理。

鳥類在人們心中一直有著重要的地位，在許多古代文明中都是重要的崇拜對(duì)象。它的圖騰常常出現(xiàn)在出土的陶器、玉器和古代壁畫上。像《山海經(jīng)》中就有“湯谷上有扶木，一日方至，一日方出，皆載于烏”這樣的記載，這里的“烏”就是指中國(guó)古代神話中棲于太陽(yáng)中的三足鳥。鳥類在生物科學(xué)的發(fā)展中也一直扮演著重要的角色。達(dá)爾文在加拉帕戈斯群島上發(fā)現(xiàn)的13種相似但又形態(tài)各異的鳥是他提出進(jìn)化論的靈感來(lái)源?，F(xiàn)在，雞、斑馬雀等鳥類已成為現(xiàn)代生物學(xué)研究中重要的模式生物，各種家禽在社會(huì)生活中也具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，鳥類的研究在科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和文化方面都很有意義。但鳥類身上仍有許多未解的謎團(tuán)：比如說(shuō)鳥類的演化歷史是怎么樣的？現(xiàn)存的紛繁復(fù)雜的鳥類是如何發(fā)展出來(lái)的？它們間的親緣關(guān)系怎樣？造成這些鳥類多樣性背后的分子機(jī)理是什么？像南極的企鵝，又是怎么演化出適應(yīng)各自環(huán)境的特征？這些問(wèn)題都很有趣，但要回答清楚則不容易。

鳥類的演化

人們開始尋找和推測(cè)鳥類的祖先是從1861年在德國(guó)發(fā)現(xiàn)的始祖鳥化石開始的。這個(gè)可以追溯到侏羅紀(jì)晚期大約1.5億年前的化石，在雙臂和尾巴上出現(xiàn)了羽毛。但與鳥類不一樣的是，它有牙齒和由骨頭組成的尾巴，這是一種處于爬行動(dòng)物和鳥類之間的中間狀態(tài)。隨著更多化石的發(fā)現(xiàn)，比如中華龍鳥化石，鳥類和爬行動(dòng)物之間的聯(lián)系漸漸變得清晰起來(lái)。現(xiàn)在普遍認(rèn)為鳥類起源于恐龍中的一支——獸腳亞目。然而，這些化石并不是現(xiàn)代鳥類的直系祖先。現(xiàn)代鳥類的祖先出現(xiàn)于白堊紀(jì)，并且演化出了一些現(xiàn)代鳥類的特征。比如沒(méi)有牙齒，但出現(xiàn)了喙，尾骨縮短，有由羽毛組成的扇形尾巴等。在白堊紀(jì)。所有現(xiàn)代鳥類的祖先發(fā)生了第一次分化，出現(xiàn)了一些飛行能力不太強(qiáng)的鳥類祖先，其中包括鴕鳥的祖先。這次分化后形成的另外一支又出現(xiàn)一次分化，成為如今的雞、鴨、鵝的祖先。這是目前可以比較確定的結(jié)果。

之后鳥類的祖先經(jīng)歷了生物演化史上一次重大事件——距今6600萬(wàn)年前的白堊紀(jì)末生物大滅絕事件。它使恐龍成為歷史，也讓幸存的鳥類祖先獲得前所未有的生存空間。之后約1500萬(wàn)年內(nèi)。鳥類和哺乳動(dòng)物一起迅速占領(lǐng)了地球上的每一個(gè)角落。除雞、鴨、鴕鳥這些已經(jīng)分化出來(lái)的物種外，代表其余95%現(xiàn)代鳥類的物種在這一事件后迅速出現(xiàn)。這是一次鳥類生物多樣性爆發(fā)式增長(zhǎng)，約萬(wàn)余種鳥快速出現(xiàn)，這是鳥類適應(yīng)地球上各種環(huán)境的結(jié)果，也給鳥類的演化歷史研究提出許多挑戰(zhàn)性問(wèn)題。首先，這些鳥類的親緣關(guān)系怎樣？哪些出現(xiàn)早。哪些后出現(xiàn)？由于在極短的時(shí)間內(nèi)分化出眾多物種，使得這些問(wèn)題很難回答。人們?cè)谶@些問(wèn)題上做過(guò)許多研究，但答案從來(lái)就沒(méi)有統(tǒng)一過(guò)。還有，鳥類能適應(yīng)各種環(huán)境的背后，其遺傳物質(zhì)DNA發(fā)生了哪些變化？人們?nèi)灾跎?。要從分子水平回答這些問(wèn)題，獲得鳥類基因組序列就顯得非常重要。

由來(lái)自深圳華大基因研究院和中國(guó)國(guó)家基因庫(kù)、美國(guó)杜克大學(xué)、霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所、丹麥自然歷史博物館等機(jī)構(gòu)的國(guó)際鳥類基因組聯(lián)盟，提出了一個(gè)針對(duì)整個(gè)鳥類基因組的研究計(jì)劃，嘗試解決這些問(wèn)題。該研究計(jì)劃包括對(duì)鳥類所有目總計(jì)48個(gè)物種的基因組研究，比如烏鴉、隼、鸚鵡、企鵝、朱鹛、啄木鳥、鷹、鴨等，囊括了現(xiàn)代鳥類的主要分支。

測(cè)序技術(shù)的飛躍

龐大的基因組研究計(jì)劃如果沒(méi)有新的測(cè)序技術(shù)的支持，幾乎不可能完成。1990年啟動(dòng)2003年完成的人類基因組計(jì)劃耗時(shí)13年、花費(fèi)30億美元，旨在解開人類基因組所有30億個(gè)堿基對(duì)，當(dāng)時(shí)運(yùn)用的是第一代測(cè)序技術(shù)——桑格測(cè)序法。桑格測(cè)序法成本比較高，而且通量低（可同時(shí)進(jìn)行序列測(cè)定的DNA分子較少），不適合進(jìn)行大規(guī)模的基因組分析。鳥類基因組研究要完成基因組測(cè)序量是人類基因組計(jì)劃的十多倍，必須依賴更先進(jìn)的第二代測(cè)序技術(shù)，它可以同時(shí)對(duì)上百萬(wàn)甚至幾十億條DNA片段同時(shí)測(cè)序。這種高通量的平行測(cè)序法可以在短時(shí)間內(nèi)獲得大量序列，從而降低成本。按最多的數(shù)據(jù)產(chǎn)出測(cè)算，一臺(tái)測(cè)序儀一天可產(chǎn)出4000億個(gè)堿基序列，相當(dāng)于完成10個(gè)人的基因組測(cè)序。這些序列大多是幾百個(gè)堿基的短片段，在超級(jí)計(jì)算機(jī)的幫助下，可以將它們拼接成基因組序列的草圖。

目前，幾乎所有的主要生物類群都有其代表性物種的基因組序列結(jié)果。但對(duì)同一類群物種基因組測(cè)序和演化歷程的分析還從未有過(guò)。鳥類基因組的研究計(jì)劃是迄今為止對(duì)同一類群物種最大規(guī)模的基因組演化歷程分析，該計(jì)劃歷時(shí)4年，由上千名各國(guó)科學(xué)家參與，于2014年末得以完成。

對(duì)鳥類家譜的追本溯源

地質(zhì)歷史時(shí)期中每次生物大滅絕事件之后，生物都會(huì)經(jīng)過(guò)生態(tài)演替而發(fā)生一次較大而迅速的適應(yīng)輻射，形成生物的爆發(fā)式的進(jìn)化分異，從而導(dǎo)致地球上形成新的生物種群類型和群落結(jié)構(gòu)，使全球生物面貌發(fā)生巨大變化。在白堊紀(jì)末大滅絕之后的地質(zhì)歷史時(shí)期，被子植物、哺乳動(dòng)物、鳥類、真骨魚類等成為重要的生物門類，空前繁盛，取代了中生代的爬行動(dòng)物。

鳥類生物多樣性呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)對(duì)推斷鳥類的演化歷史帶來(lái)很大困難。通常來(lái)說(shuō)，在比較同一祖先物種后代的遺傳信息時(shí)，它們發(fā)生分離的時(shí)間愈早，之間的遺傳信息差異就愈大，分離較晚，則差異較小。這是利用DNA序列建立物種系統(tǒng)演化樹的基礎(chǔ)。然而這是一種假設(shè)在祖先群體剛剛開始發(fā)生分化后，分離的后代群體繼承了祖先群體所有的遺傳信息，并經(jīng)歷足夠長(zhǎng)的自然選擇下的理想情況。實(shí)際上，分離的群體存在沒(méi)有繼承全部祖先群體遺傳信息的概率，這在群體遺傳學(xué)上稱為不完全種系分離，它使得DNA序列的差異不能真實(shí)反映物種分化的事件。如果物種分化的事件在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了很多次，那么不完全種系分離發(fā)生的概率就很高。鳥類在白堊紀(jì)大滅絕之后恰恰經(jīng)歷了這樣一個(gè)時(shí)期，它們的基因組片段應(yīng)該發(fā)生了許多這樣的事件。以前只是利用10到20個(gè)基因來(lái)推斷鳥類的演化關(guān)系，太少的基因序列無(wú)法代表鳥類整體的演化歷史。不完全種系分離產(chǎn)生的序列差異在判斷親緣關(guān)系時(shí)相當(dāng)于“噪音”，如果選取的序列太少，就沒(méi)有足夠多的能和“噪音”區(qū)分開的反映物種演化的序列差異。如果用整個(gè)基因組的信息來(lái)分析，就可找到足夠多的差異來(lái)克服這些“噪音”的影響，從而得到更可靠的結(jié)果。

用基因組序列來(lái)推斷物種間的親緣關(guān)系，首先要找出序列上的同源區(qū)域。所謂同源區(qū)域就是由同一段祖先序列分化而來(lái)的分布于各物種基因組中的序列，這些序列的差異代表了物種演化過(guò)程中經(jīng)歷的變化。通過(guò)這些差異可以推斷物種間從開始分化以來(lái)，DNA序列經(jīng)歷了多少次堿基的替換，這些序列之間發(fā)生堿基替換的概率代表著物種之間的親緣關(guān)系，概率大表示親緣關(guān)系遠(yuǎn)。通過(guò)這些關(guān)系，就可以找到最可能的系統(tǒng)演化樹。大多數(shù)用基因組比較的方法來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)演化樹的研究，使用的是編碼區(qū)的序列。但編碼區(qū)的序列往往變化較少，對(duì)鳥類來(lái)說(shuō)，由于物種間分化的過(guò)程相對(duì)又很短，因此使用編碼區(qū)序列推斷鳥類分化時(shí)，由于序列間差異很少，不足以建立可靠的系統(tǒng)演化樹。所以需要再比較一些不那么保守的序列，比如內(nèi)含子和基因間區(qū)里相對(duì)保守的序列，這樣物種間才有足夠大的差異用以區(qū)分。

通過(guò)每種鳥的全基因組數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建鳥類系統(tǒng)演化樹，這個(gè)想法要實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不那么容易。鳥類平均有10億個(gè)堿基對(duì)，14000個(gè)基因。要處理這樣龐大的海量數(shù)據(jù)，需要更高效的計(jì)算方法。研究人員重新設(shè)計(jì)了算法，使巨大的數(shù)據(jù)可以在超級(jí)計(jì)算機(jī)上充分利用并行運(yùn)算來(lái)處理。除了蛋白質(zhì)編碼區(qū)的基因序列，還要加入內(nèi)含子、基因間區(qū)來(lái)增加樣本量。這樣，計(jì)算任務(wù)更加龐大。因此，研究人員運(yùn)用了華大基因、慕尼黑超算中心、得克薩斯高級(jí)計(jì)算中心和圣地亞哥高級(jí)計(jì)算中心等幾個(gè)超級(jí)計(jì)算中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行運(yùn)算才完成任務(wù)。有些分析任務(wù)甚至需要1萬(wàn)億字節(jié)（TB）內(nèi)存的超級(jí)計(jì)算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。

基于全基因組數(shù)據(jù)構(gòu)建的鳥類分子系統(tǒng)演化樹是有史以來(lái)可信度最高的。這棵新的鳥類系統(tǒng)演化樹不但解決了鳥類的早期分化問(wèn)題，還有一些新的發(fā)現(xiàn)。比如說(shuō)，火烈鳥和白鷺雖然有很相似的在淺灘覓食的習(xí)性，但它們卻是親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的兩支，這是鳥類為適應(yīng)水生環(huán)境獨(dú)立進(jìn)化出了類似的特點(diǎn)。還有人們熟悉的鴨子、鵝，它們都有適應(yīng)水生環(huán)境的特征，但親緣關(guān)系很遠(yuǎn)，是典型的趨同進(jìn)化。另外，根據(jù)演化樹，有些物種的傳統(tǒng)分類可能需要做出調(diào)整。比如雖然鷹和隼都是猛禽屬于隼型目，但它們不是近親，鷹與布谷鳥、啄木鳥比較接近，而隼與鸚鵡、烏鴉比較接近。

全基因組數(shù)據(jù)不但可以推斷現(xiàn)代鳥類的親緣關(guān)系，也可以推測(cè)現(xiàn)代鳥類的擴(kuò)張時(shí)間。分析結(jié)果表明，現(xiàn)代鳥類的擴(kuò)張發(fā)生在6600萬(wàn)年前的大滅絕事件前后。這次大滅絕事件殺死了地球上絕大多數(shù)恐龍，只有部分鳥類存活下來(lái)，后來(lái)演化出1萬(wàn)多種鳥。之前通過(guò)對(duì)部分DNA測(cè)序推斷，現(xiàn)代鳥類的擴(kuò)張發(fā)生在大滅絕之前1000萬(wàn)-8000萬(wàn)年，而基于全基因組DNA分析的結(jié)果則否定了這一推斷，且與化石證據(jù)較吻合。大滅絕事件釋放的生存空間也許為鳥類新物種的形成創(chuàng)造了良好條件，它們?cè)诓坏?500萬(wàn)年的時(shí)間里快速繁盛起來(lái)。

從基因組中尋找鳥類演化的痕跡

鳥類在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的自然選擇后成了今天的樣子，其中的變化過(guò)程一定會(huì)在基因組中留下痕跡，通過(guò)比較分析基因組的序列就可以看到這些痕跡。鳥類雖然與哺乳動(dòng)物一樣具有各種復(fù)雜的生物學(xué)特征，但是與哺乳動(dòng)物相比，它的基因組可以稱得上非常簡(jiǎn)潔。其基因組只有哺乳動(dòng)物的三分之一大小，像內(nèi)含子和基因間區(qū)這樣的非編碼序列比哺乳動(dòng)物的少很多：基因組中轉(zhuǎn)座元件很少，只占基因組的4%-10%，而哺乳動(dòng)物卻有34%-52%。在經(jīng)歷了同樣漫長(zhǎng)的演化過(guò)程后，鳥類之間基因組的差異比哺乳動(dòng)物基因組之間的差異要少得多。這說(shuō)明鳥類基因組的結(jié)構(gòu)在演化過(guò)程中是很穩(wěn)定的，且基因組的演化速率也比哺乳動(dòng)物的慢。

鳥類的特征在基因組中是怎么體現(xiàn)出來(lái)的呢？研究人員發(fā)現(xiàn)，鳥類祖先從爬行動(dòng)物中分化出來(lái)后丟失了成百上千的基因。這些基因在人類中都有很重要的功能，比如在維持生殖系統(tǒng)，骨骼生成和肺部系統(tǒng)等方面不可或缺。這一發(fā)現(xiàn)出人意料，通常認(rèn)為演化過(guò)程中新的遺傳物質(zhì)是生物演化出新性狀必不可少的條件。然而鳥類的演化卻告訴人們，有些表型卻可能是通過(guò)基因丟失產(chǎn)生的。這是否是鳥類基因組比較簡(jiǎn)潔的原因呢？目前還不得而知。

雖然整體上看鳥類的基因組變化得慢，但發(fā)現(xiàn)在一些特定區(qū)域卻有極其快速的演化。比如與骨骼形成相關(guān)的基因在鳥類中就發(fā)生了快速的變化，這關(guān)系到鳥類飛翔所需的輕便而強(qiáng)韌的骨骼的形成。鳥類羽毛的多彩多樣與控制羽毛顏色的基因的快速演化是分不開的。更有趣的是，一些具有相似生活習(xí)性或表型的鳥類，比如鳴禽、鸚鵡、蜂鳥等具有聲音學(xué)習(xí)能力的鳥，其部分基因組區(qū)域同時(shí)表現(xiàn)出極其快速的演化速率。這是首次在DNA水平上發(fā)現(xiàn)聲音學(xué)習(xí)趨同進(jìn)化的證據(jù)。這些親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的鳥類獨(dú)立演化出相同表型的分子機(jī)制。

鳥類演化的細(xì)節(jié)

通過(guò)對(duì)基因組的比較，不但可從整體上對(duì)鳥類演化有一定了解，且對(duì)于回答很多具體問(wèn)題也很有幫助。許多人們一直以來(lái)感興趣的課題可通過(guò)對(duì)一些特定種類的鳥或控制特定性狀的基因進(jìn)行分析來(lái)尋找答案。

鳥類的聲音學(xué)習(xí)能力

鳴禽，鸚鵡和蜂鳥是除人、海豚等為數(shù)不多的動(dòng)物之外具有聲音學(xué)習(xí)能力的動(dòng)物。這些動(dòng)物不但可以記住聽(tīng)到的聲音并且可以學(xué)會(huì)它。鸚鵡和八哥就是其中的佼佼者。這項(xiàng)動(dòng)物界少見(jiàn)的特殊技能一直是人們感興趣的話題。通過(guò)研究聲音學(xué)習(xí)能力的鳥類，可以幫助了解大腦是怎么處理學(xué)習(xí)的過(guò)程的，甚至對(duì)人們了解人類的語(yǔ)言學(xué)習(xí)能力有很大幫助。通過(guò)對(duì)鳥類基因組的研究，發(fā)現(xiàn)有聲音鳴唱學(xué)習(xí)能力的鳥類的大腦中，與聲音學(xué)習(xí)相關(guān)的基因調(diào)控回路和人類大腦中語(yǔ)言相關(guān)區(qū)域的基因呈相似的表達(dá)和演化歷史，說(shuō)明鳥類和人在這方面有不少相似之處。而且這些變化很有可能與神經(jīng)聯(lián)結(jié)的形成有關(guān)。這些區(qū)域表達(dá)的基因具有加強(qiáng)聲樂(lè)學(xué)習(xí)和聲帶驅(qū)動(dòng)神經(jīng)的聯(lián)系功能，能讓鳥和人類一樣完成更復(fù)雜的聲帶運(yùn)動(dòng)，從而發(fā)出豐富的聲音。鸚鵡更加特殊，它有一套獨(dú)特的鳴唱學(xué)習(xí)系統(tǒng)，其中嵌套著另一套聲音學(xué)習(xí)系統(tǒng)。這也許就是它們具模仿人類語(yǔ)言的強(qiáng)大能力的原因。

性染色體的演化人類的性別由X染色體和Y染色體控制，而鳥類的性別則由Z染色體和W染色體來(lái)控制。W染色體是雌鳥特有的，好比Y染色體是男性特有的。大多數(shù)哺乳動(dòng)物的Y染色體都經(jīng)歷了相同的演化史，這些Y染色體絕大多數(shù)基因都已經(jīng)退化且失去功能，只有很少一部分與雄性性狀相關(guān)的功能基因有活性。而鳥類卻與哺乳動(dòng)物截然不同，鳥類基因組中半數(shù)以上的W染色體仍包含大量功能基因。

研究人員還發(fā)現(xiàn)不同鳥類的性染色體處于不同的演化階段中。例如，鴕鳥和鴯鹋，都屬于鳥類家族中相對(duì)古老的一支。其性染色體跟祖先狀態(tài)非常相似，大部分基因都有功能。然而，一些演化上相對(duì)年輕的種類，如家雞和斑馬雀，其性染色體則只包含少量功能基因。這為研究性染色體的進(jìn)化歷程提供了絕好的材料。鳥類的兩性差異又是怎么通過(guò)性染色體表現(xiàn)出來(lái)的呢？比如，為什么雄孔雀和雌孔雀外表差異非常大，而雌雄烏鴉則很難辨別。這些問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

鳥沒(méi)有牙齒 所有的現(xiàn)代鳥類都沒(méi)有牙齒，說(shuō)明牙齒在鳥類祖先中就已經(jīng)沒(méi)有了。研究人員在基因組中找到了原因。在現(xiàn)存鳥類中，與脊椎動(dòng)物形成牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)相關(guān)的基因都發(fā)生了突變，導(dǎo)致它們失去了作用。

根據(jù)DNA序列之間的差異推斷，現(xiàn)存鳥類的共同祖先丟失牙齒的時(shí)間是在白堊紀(jì)末大滅絕之前。牙釉質(zhì)丟失是在距今1.16億年前，整個(gè)牙齒的丟失不晚于距今1億年前。綜合化石和基因組的證據(jù)，推斷鳥類先是上頜牙齒丟失和上頜喙的產(chǎn)生，然后形成完全的喙，并丟失全部牙齒。至于牙齒為何丟失，研究認(rèn)為這與鳥類適應(yīng)新環(huán)境和生活方式有關(guān)。鳥類用喙獲取并快速吞下食物，同時(shí)演化出嗉囊和砂囊來(lái)儲(chǔ)存和研磨食物。這一消化方式使鳥類可在得到食物后繼續(xù)飛行以尋找新目標(biāo)，從而帶來(lái)生存優(yōu)勢(shì)，也導(dǎo)致牙齒逐步退化。牙齒丟失還可起到減重功效，配合骨骼的輕量化，使鳥的身體重心從頭部向后下方轉(zhuǎn)移，使飛行更穩(wěn)定。

從鳥身上尋找恐龍的痕跡

作為從恐龍中發(fā)展出來(lái)的一支，鳥類或多或少保留著一些恐龍的痕跡。通過(guò)鳥類基因序列，還可以一探恐龍的究竟。比如，鱷魚作為活化石，其基因組是演化速率最慢的基因組之一。比較鳥類和鱷魚的基因組，可以推斷鳥類和鱷魚的共同祖先的基因組序列。這些序列對(duì)研究神秘恐龍?zhí)峁┝艘欢ǖ幕A(chǔ)。

與哺乳動(dòng)物不同，鳥類具有大量的小染色體，這些小且富含基因的染色體也廣泛存在于爬行動(dòng)物和魚類中，推測(cè)它們也同樣存在于恐龍中。研究人員通過(guò)分析家雞、火雞、北京鴨、斑馬雀和虎皮鸚鵡在全基因組上的染色體重組位點(diǎn)，來(lái)推斷鳥類祖先的染色體結(jié)構(gòu)是怎樣的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雞具有和鳥類共同祖先最相似的染色體結(jié)構(gòu)。從而可以看到演化成鳥的那一支恐龍具有怎樣的染色體結(jié)構(gòu)。

幫助保護(hù)瀕危鳥類

鳥類是對(duì)環(huán)境變化極其敏感的動(dòng)物，環(huán)境的快速變化有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致其滅絕。在近代，人類活動(dòng)所造成的環(huán)境變化是許多鳥類滅絕的主要原因。已有150種鳥類因?yàn)槿祟惢顒?dòng)而滅絕，目前有差不多10%約1200種鳥類正面臨滅絕危險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)瀕危鳥類的基因組的研究，可以找出這些鳥類在基因組上的變化特點(diǎn)。為瀕危物種的保護(hù)工作提供理論指導(dǎo)。

朱鸚曾經(jīng)遍布整個(gè)東亞地區(qū)，但由于過(guò)度捕殺和棲息地的丟失，物種幾乎滅絕?，F(xiàn)在約2000只朱鵯是從1981年在秦嶺發(fā)現(xiàn)的僅有的一對(duì)可育個(gè)體恢復(fù)過(guò)來(lái)的。研究發(fā)現(xiàn)，與大熊貓相比，朱鸚免疫系統(tǒng)相關(guān)基因多樣性很低，說(shuō)明其免疫系統(tǒng)十分脆弱，導(dǎo)致整個(gè)群體對(duì)很多疾病和寄生蟲的抵抗能力較弱，物種仍處于較危險(xiǎn)的狀態(tài)。有趣的是，在新恢復(fù)的朱鹮群體中，與大腦功能和新陳代謝相關(guān)基因具有更快的演化速率。這可能是朱鸚在經(jīng)歷滅絕和恢復(fù)的過(guò)程中適應(yīng)了新環(huán)境，改變了覓食的行為而造成的。也可能是當(dāng)年重新發(fā)現(xiàn)的朱鸚因?yàn)楦淖兞肆?xí)性才得以幸存。

鳥類基因組攜帶的病毒序列

一些逆轉(zhuǎn)錄病毒會(huì)在感染后將自己的序列插入到宿主的基因組內(nèi)。哺乳動(dòng)物攜帶有大量的由于病毒感染后插入宿主基因組中的DNA“化石”，這些“化石”被稱作內(nèi)源性病毒元件。人類基因組中約有8%的這種序列。研究人員發(fā)現(xiàn)，鳥類的內(nèi)源性病毒元件數(shù)量是哺乳動(dòng)物的1/13到1/6，這與鳥類基因組比哺乳動(dòng)物小的事實(shí)相符。而這個(gè)結(jié)果似乎也表明，鳥類要么更不容易被病毒入侵，要么能更好地把病毒清除出基因組序列。

企鵝如何在南極生存

鳥類存在于各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)中，而且每種鳥都有其獨(dú)特的生存之道。企鵝是最值得一提的例子。企鵝有許多異于其他鳥類的特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)：不能飛翔，有獨(dú)特的翅膀結(jié)構(gòu)和光滑且短的羽毛等。了解企鵝如何適應(yīng)南極的嚴(yán)寒，對(duì)了解物種在適應(yīng)環(huán)境的過(guò)程中所發(fā)生的分子水平上的變化很有幫助。為適應(yīng)嚴(yán)寒，企鵝擁有厚厚的皮下脂肪，且儲(chǔ)存和消耗脂肪的能力出眾，這已反映在與脂肪代謝相關(guān)的基因變化上。此外，企鵝的視覺(jué)與其他鳥類稍有不同，由于主要在海里覓食，為適應(yīng)海水里的光線，它們感受綠光的感光蛋白已失去功能。研究人員通過(guò)企鵝與其他鳥類的基因組比較分析，發(fā)現(xiàn)了與企鵝羽毛、翅膀相關(guān)的基因變化。

基因組學(xué)研究的重大突破

鳥類基因組研究計(jì)劃是由全球一百多個(gè)研究機(jī)構(gòu)共同協(xié)作完成的。世界各地的許多博物館和機(jī)構(gòu)在過(guò)去30年中收集的凍存鳥類組織樣本也為獲取DNA樣品提供了極大便利。這項(xiàng)計(jì)劃在正式開始前。就已做了大量的前期工作：組織樣本的收集和整理，DNA的提取，樣本質(zhì)量檢測(cè)，測(cè)序，以及巨大數(shù)據(jù)的管理。

鳥類基因組研究計(jì)劃是第一次對(duì)同一類群物種進(jìn)行全面分析，也是利用比較基因組學(xué)揭示生物宏觀演化歷史的一次重要嘗試。此外。相關(guān)性狀多樣性的研究也充分揭示了鳥類演化過(guò)程中分子水平上的遺傳多樣性基礎(chǔ)。其研究的全部數(shù)據(jù)將進(jìn)入各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析和挖掘，為全球的研究人員從分子層面對(duì)鳥類進(jìn)行研究提供方便。

對(duì)鳥類的研究計(jì)劃并不會(huì)止步于此。萬(wàn)種鳥類基因組計(jì)劃是在鳥類基因組計(jì)劃基礎(chǔ)上，針對(duì)鳥類基因組更全面的測(cè)序計(jì)劃，會(huì)覆蓋鳥類中的每一科。針對(duì)其他類群動(dòng)物的全面分析計(jì)劃也在越來(lái)越多地開展，比如已在進(jìn)行的萬(wàn)種動(dòng)植物基因組測(cè)序計(jì)劃。隨著這些計(jì)劃的進(jìn)行，基因組學(xué)的研究數(shù)據(jù)會(huì)更多，覆蓋的物種會(huì)更全面，得到的結(jié)果會(huì)更可靠，相關(guān)的研究會(huì)更加深入。基因組學(xué)研究的新時(shí)代即將來(lái)臨。