蛇島蝮(Gloydius shedaonesis)是蛇島上唯一的蛇類，在這樣一個面積僅0.73平方公里的小島上生活著約20000條蛇。它們的主要食物來源是候鳥，只有在遷徙季節(jié)才會在島上停留。由于攝食季節(jié)很短，為了節(jié)省能量，在非捕食季節(jié)，蛇島蝮很少活動，甚至會進入長時間的休眠狀態(tài)。然而長期的靜止可能會帶來一系列負面影響，例如血栓，肌肉萎縮，能量短缺和生物鐘紊亂。
為了研究蛇島蝮潛在的遺傳適應機制，中科院成都生物所生態(tài)領域傅金鐘團隊呂彬，齊銀等科研人員與蛇島保護區(qū)合作對蛇島蝮及其大陸近親（G. intermedius）進行了轉錄組測序和進化比較。結果發(fā)現(xiàn)蛇島蝮的進化速率比大陸近親低得多（只有其69%），這可能與長期休眠造成的代謝抑制有關。研究團隊在兩個基因中檢測到了自然選擇的信號，包括抗凝血酶（SERPINC1）和肌肉萎縮（AARS）相關的基因。這些基因可能在抗血栓和維持肌肉功能等方面發(fā)揮了重要作用。節(jié)律性的生理或行為事件可能與環(huán)境振蕩的周期相匹配。生物鐘基因（CRY2）在蛇島蝮中發(fā)生了快速的進化，并表現(xiàn)出兩個僅限于蛇島蝮的氨基酸替換，其中一個突變可能影響蛋白質功能，這與2019年Science發(fā)先的馴鹿適應極晝極夜生活的分子鐘基因突變（PER2-CRY complex）不謀而合。另外脂肪酸-β-氧化相關基因（ACATA1）和晝夜節(jié)律基因（KLF10）表現(xiàn)出趨同/平行進化的模式，相較與葡萄糖，脂肪酸氧化可以提供更多的能量。綜上所述，本研究揭示了蛇島蝮在食物匱乏的情形下是如何適應長期靜止及休眠的生活狀態(tài)，并在抗血栓形成，調節(jié)晝夜節(jié)律時鐘和緩解肌肉萎縮等方面提供了后續(xù)研究思路。在李家堂團隊的幫助下蛇島蝮及其近親的基因組測序和組裝工作目前也已完成，研究團隊將進一步從基因組結構和變異角度探尋島嶼蛇類進化與適應，自交衰退等一系列科學問題。
該工作以“Genetic Adaptations of an Island Pit-Viper to a Unique Sedentary Life with Extreme Seasonal Food Availability”為題發(fā)表在G3: GENES, GENOMES, GENETICS上。中國科學院成都生物研究所傅金鐘團隊的呂彬副研究員為文章第一作者，齊銀為通訊作者。該項研究得到國家自然基金和四川省科技廳基礎研究等項目支持。
圖1 蛇島蝮的進化地位及特有的突變基因