趨同演化是指親緣關係較遠的物種在相似環境或生活方式下，獨立演化出相似的表型或特征。地下哺乳動物在全球分布廣泛，獨立演化出多種適應性表型和特征，以應對極端地下環境帶來的低氧、黑暗等挑戰，是研究特殊環境適應性演化與趨同演化的理想模型。目前，對於地下哺乳動物的適應性演化和趨同演化機製的研究主要集中在基因組層麵，而轉錄組和腸道微生物組水平的探討相對匱乏。

近日胡義波研究員與魏輔文院士團隊合作從多組學的角度開展了地下哺乳動物趨同演化機製研究，闡明宿主基因組趨同而非腸道微生物組趨同是地下哺乳動物適應地下極端環境的趨同演化基礎，為地下哺乳動物適應性演化和趨同演化提供了多組學見解。

該研究通過Nanopore測序、Illumina測序和Hi-C測序，組裝了一隻雄性中華竹鼠（Rhizomys sinensis）的染色體水平基因組。基因家族收縮擴張分析顯示，與其它齧齒動物相比，中華竹鼠基因組中Hsp90基因家族發生顯著擴張，共發現10個Hsp90基因拷貝，最可能與其適應地下低氧環境相關。腸道微生物組分析表明，地下哺乳動物擁有各自的優勢菌屬，且其菌群功能跟低氧環境適應或者免疫調控等不同通路相關。此外，以小鼠為對照，分別采集中華竹鼠和小鼠的眼球、眼周和牙周組織進行轉錄組測序，比較轉錄組分析發現了中華竹鼠視覺感知調控基因和牙齒發育相關基因的顯著差異表達。

進一步比較基因組學分析發現，在四種地下哺乳動物（中華竹鼠、盲鼴鼠[Nannospalax galili]、裸鼴鼠[Heterocephalus glaber]、土黃鼴形田鼠[Ellobius lutescens]）的基因組中存在多個與低氧、免疫、聽覺和視覺感知相關的趨同適應信號。其中，與視覺發育和感知相關的Megf11（A438S）的氨基酸趨同變化不僅存在於地下哺乳動物，也在部分夜行性動物中出現，呈現出一個有趣的與黑暗環境適應相關的趨同演化現象。另外，編碼角蛋白9的Krt9基因在多個地下哺乳動物支係中均發生了假基因化，可能與其長期挖掘行為相適應。然而，地下哺乳動物腸道微生物組的結構和功能並沒有表現出趨同演化，而是主要受到宿主的係統發育和腸道形態結構的影響。

綜上，該研究從多組學視角探討了地下哺乳動物適應洞穴環境的適應性演化和趨同演化機製，闡明地下哺乳動物穴居適應的趨同演化是由宿主基因組趨同而非腸道微生物組趨同驅動，為地下哺乳動物的適應性演化和趨同演化提供了新認識。相關研究成果以“Host genomic convergence,rather than gut microbiome convergence,underlies the convergent evolution of subterranean adaptation in mammals”為題於近日在Cell Reports在線發表。必威精装版app西汉姆联 博士研究生李可欣和劉一心為共同第一作者，必威精装版app西汉姆联 胡義波研究員和必威精装版app西汉姆联 /江西農業大學魏輔文院士為共同通訊作者。四川大學範振鑫副教授為該工作順利完成提供了支持和幫助。該研究得到國家自然科學基金、必威精装版app西汉姆联 自主部署項目以及生態環境部生物多樣性調查、監測與評估項目等的資助。

  文章下載鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00881-2

地下哺乳動物適應性演化和趨同演化的遺傳機製