摘要
食性是指动物以植物性和/或动物性食物为营养的习性，是动物赖以生存与繁衍的物质基础。根据动物取食食物类型的多少，可分为多食性动物和寡食性动物。寡食性动物往往会由于食物性质的单一性而长期受到进化选择，从而导致其行为、形态、生理特征以及遗传信息上产生一系列变化。 蛇类是爬行动物中的重要类群，食性极其多样化，但其中一些类群表现出严格的食性特化。例如，钝头蛇类和食螺蛇类专食腹足纲的陆生无脊椎软体动物，如蜗牛和蛞蝓等，是典型的寡食性蛇类。蜗牛和蛞蝓在受到捕食者侵袭时均会分泌大量防御性粘稠液体，食螺蛇科的某些特定类群在其下颌处演化出膨大的下唇腺，其内的分泌单元被认为可能用于消化蜗牛粘液。而同样捕食这类食物的钝头蛇类中是否也存在类似的下唇腺及其功能尚不明确。此外，此前有关动物食性特化的遗传基础研究已在鸟类及哺乳类等类群中开展，而关于钝头蛇类食性特化的研究仅限于行为学及形态学研究，对于该类群食性特化的遗传基础未曾解析。 因此，为解决上述科学问题，本研究以钝头蛇科的类群为研究对象，从行为学、形态学以及组织化学三个方面来探究钝头蛇类食性特化的表型基础;其次，本研究首次测序并组装了勐腊钝头蛇的高质量基因组，基于比较基因组学分析的方法，在遗传信息层面上对其食性特化相关的重要候选基因进行挖掘;最后结合转录组学分析方法，揭示钝头蛇类食性特化相关组织的表达模式。从以上三个方面对钝头蛇类食性特化的遗传基础进行初步探讨。本研究的具体内容与结论如下: 1 钝头蛇类下唇腺的形态及组织化学研究 本章节中，基于行为学实验，我们证明了勐腊钝头蛇存在与钝头蛇科其他类群以及食螺蛇科特定类群相似的捕食行为。在形态学层面上，通过对16种不同食性蛇类的下颌进行比较解剖学分析，结果表明，与其他12种不同食性的蛇类相比，钝头蛇属的成员在下颌处均存在膨大的下唇腺。这一结果证实了亚洲的钝头蛇类和南美洲的食螺蛇类为适应特殊的食性演化出了趋同的表型。此外，对勐腊钝头蛇和中国钝头蛇的下唇腺进行组织学及组织化学分析，结果表明，两个物种的下唇腺均由浆液粘液细胞(sm)和粘液细胞(m)构成。下唇腺的超微结构分析表明，浆液粘液细胞中富含与蛋白分泌相关的细胞结构，如粗面内质网、高尔基体、线粒体等，这提示了浆液粘液细胞可能分泌丰富的蛋白酶类物质，用于软体动物的消化。 2 比较基因组学探究钝头蛇类食性特化的遗传基础 本章节结合二代和三代技术，测序并组装了勐腊钝头蛇的基因组，大小约为1.85 Gbp，Contig N50长度约为15.55 Mbp，BUSCO评估得分为93.8％，共注释到19，114个蛋白编码基因，表明勐腊钝头蛇的基因组质量较高，能够为后续的组学分析工作提供可靠的数据基础。 基于比较基因组学方法，我们一共鉴定到16，354个直系同源的基因家族，其中包括5，518个单拷贝直系同源的基因家族。对这些单拷贝直系同源的基因家族进行选择压力分析发现，在勐腊钝头蛇中有400个基因受到正选择以及1204个基因发生了快速进化。这些基因富集在蛋白聚糖、糖胺聚糖等多糖类物质的代谢过程和牙齿发育、牙釉质矿化过程等相关条目。其中，我们在正选择基因集中筛选到4个候选基因，如CNNM4是牙齿发育过程中参与釉质矿化过程的重要基因，推测CNNM4基因位点的突变可能是导致钝头蛇类牙齿不对称发育的重要原因。此外，我们在快速进化基因集中筛选到8个候选基因，包括参与牙齿发育及多糖类物质分解代谢过程的AQP6、HPSE、HYAL4等基因。其中，HPSE和HYAL4是参与糖胺聚糖的降解过程的重要基因，提示这两个发生快速进化的基因可能在蜗牛粘液消化过程中发挥关键作用。 3 比较转录组学探究钝头蛇类食性特化的分子基础 在本章节中，我们对勐腊钝头蛇的下唇腺、心脏、肌肉等17种组织进行了转录组测序。WGCNA分析的结果表明，当最佳软阈值为6时，总共19，114个基因被分为22个相互独立的共表达模块。模块与表型相关性分析结果表明，与下唇腺相关的最佳模块是白色模块(R=0.81，P=5e-16)，共包含228个基因，这些基因显著富集在与蛋白分泌过程相关的条目和多糖类物质的代谢过程条目。其中，HPSE基因被显著富集到糖胺聚糖的降解通路中(ko00531，P=0.003497236)，且在下唇腺中显著高表达，结合比较基因组学的结果分析发现，HPSE基因在勐腊钝头蛇的基因组中发生了快速进化，这提示我们该基因可能是降解蜗牛粘液中多糖类物质的关键基因。 本研究利用比较解剖学、组织学、基因组学和转录组学多种手段对钝头蛇类食性特化的遗传基础进行了初步探讨，研究结果对于理解脊椎动物食性演化起到重要的推动作用。
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