国宝吃竹子并非发自内心-比较基因组学分析揭示大熊猫“心路历程”

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一直以来大家被大熊猫萌萌哒外表所欺骗，其实我们的国宝有着完爆美洲豹的咬合力、高海拔山地奔跑速度超过刘翔平地最高速、轻松爬上20米高的竹子。硬件条件这么好，为啥偏偏以竹子为主食？还带着远房亲戚干脆面君（小熊猫）天天一起吃素。今天就从比较基因组学的角度解析一下原因。

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基因组获取和同源基因筛选

为了实现后续一系列的分析目的，需要获得大熊猫和小熊猫的基因组信息。然而之前小熊猫还没有公开的基因组，而大熊猫的基因组由于公布比较早，质量也不够理想。

于是作者对小熊猫基因组进行了从头测序，组装大小2.34G，contig N50 98.98kb，scaffold N50 2.98M。将大熊猫基因组数据和新测的82×数据一起进行重新组装，组装结果得到了大幅提升（contig N50由40Kb提升到126.71Kb，scaffold N50 由1.28Mb 提升到9.9Mb）。

根据大、小熊猫的基因组信息获得了14,254个同源基因，进行趋同现象和正向选择分析后得到70个适应性趋同基因，并在此基础上对感兴趣的生物学现象进行解释。

看看谁最亲

使用2,529个单拷贝直系同源基因对包括两种熊猫在内的8个物种构建了系统进化树，并推测了分化时间。

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结果显示大熊猫和北极熊同属熊科，而小熊猫和白鼬同属小熊猫科。身体素质这么好的大熊猫果然有个不好惹的亲戚。

不是不爱吃肉而是没法吃

结合化石证据，400多万年前两种熊猫的鲜味受体基因TAS1R1演化为假基因，失去功能，也就是说熊猫再也感受不到肉类的鲜美，吃起来味同嚼蜡！在此一天不吃肉就没劲的小编表示沉重哀悼！

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祸不单行

不能吃肉那就吃素吧，可是。。。

三个和赖氨酸、精氨酸的利用有关的基因（*PRSS1, PRSS36, *and CPB1）也突变了，这导致大、小熊猫不得不进一步放弃植物叶片作为主食，转而食用含赖氨酸和精氨酸较少的竹子。没想到熊猫宝宝在进化史上有如此遭遇，真是见者伤心、闻者落泪。

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其实竹子也挺好吃的

为了活下来，大、小熊猫这对难兄难弟只能去适应这飞来横祸。怎么更好的进食竹子呢？大、小熊猫进化出了适合握持的伪拇指。

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在70个趋同基因中，DYNC2H1 和 PCNT 和肢体发育有关，它们的错义突变会导致人和小鼠的多指趾畸形和异常骨骼发育表型显现。作者进一步对DYNC2H1 和 PCNT 基因在54个其他真核生物中的情况进行了统计，发现只有包括大、小熊猫在内的少数几个物种才有的特定突变型。

此外趋同进化的基因中还有4个和维生素A的吸收有关（ADH1C, CYP3A5, CYP4F2, and GIF），而维生素A和夜视能力相关。根据观察表明大、小熊猫在白天和夜间的活动都很活跃，所以为了从含维生素A低的主食竹子中获得足够的维生素A，这些基因的突变或许提高了对食物中维生素A的吸收能力。

为了生存，连国宝都这么拼，我们还有什么理由不努力呢？

参考文献：

Hu Y, Wu Q, Ma S, et al. Comparative genomics reveals convergent evolution between the bamboo-eating giant and red pandas[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2017, 114(5):1081-1086.