盲鉤蛇，一種神奇的動物，它不僅是蛇亞目中目前已知唯一孤雌生殖的物種，其本身還是三倍體生物。最近，研究人員對盲鉤蛇的基因組進(jìn)行了深入探究，以期破解它獨(dú)特的遺傳秘密。

撰文 | 湯波

在自然界，絕大多數(shù)脊椎動物都需要雌雄交配，才能繁殖后代，但是生物世界總有意外。有些動物只需要雌性個體就能繁殖后代了，根本不需要雄性個體，堪稱是動物世界中的“女兒國”，這種繁殖方式叫作孤雌生殖。

今天我們要介紹的是目前已知唯一專門進(jìn)行孤雌生殖的蛇類——鉤盲蛇（Indotyphlops braminus）。鉤盲蛇可不僅僅只有孤雌生殖這一個特點(diǎn)。

盲鉤蛇丨圖片來源：wiki

首先，鉤盲蛇個頭非常小，是世界上已知最小的蛇類之一。鉤盲蛇屬于穴居動物，以蚯蚓、白蟻、各種昆蟲的卵及蛹為食，經(jīng)常混在花盆的泥土里得以在世界各地傳播，因此又被稱為“花盆蛇”。鉤盲蛇體長僅有幾厘米到十幾厘米，由于它們的頭部、口腔和眼睛都比較小，不仔細(xì)看，還以為是一條大蚯蚓呢。

鉤盲蛇第二大特點(diǎn)就是孤雌生殖。孤雌生殖在植物中較為常見，在昆蟲、硬骨魚、兩棲類和少數(shù)爬行類等動物中也能觀察到。根據(jù)發(fā)生頻率，孤雌生殖可分為偶發(fā)性、周期性和永久性三類，而鉤盲蛇屬于永久性孤雌生殖，目前在全球范圍內(nèi)，科學(xué)家還沒有在鉤盲蛇種群中發(fā)現(xiàn)任何雄性個體，堪稱動物世界中真正的“女兒國”。

鉤盲蛇還有一個特點(diǎn)是它們細(xì)胞中有三套染色體，即三倍體。大多數(shù)生物染色體都是兩套，即二倍體，一套來自父親，一套來自母親?？茖W(xué)家認(rèn)為，孤雌生殖和三倍體都不利于物種繁衍，具有這些特征的生物容易走入進(jìn)化的“死胡同”。這是因?yàn)樵诙扼w繁殖過程中，它們的生殖細(xì)胞需經(jīng)過減數(shù)分裂形成配子，即精子或卵子，每個配子只攜帶一套染色體，精子和卵子結(jié)合后形成受精卵，其染色體數(shù)量又恢復(fù)成兩套，即獲得二倍體后代。這樣，通過父母雙方基因的重組和交換，有機(jī)會產(chǎn)生更優(yōu)秀的二倍體后代，能更好地應(yīng)對環(huán)境變化，從而在演化過程中獲得優(yōu)勢，這也是有性繁殖會成為動物世界中主流繁殖方式的主要原因之一。而三倍體細(xì)胞有三套染色體，在減數(shù)過程中容易產(chǎn)生混亂，難以形成正常的配子。

那么，既進(jìn)行孤雌生殖，又屬于三倍體的鉤盲蛇，是如何擺脫進(jìn)化困境，延續(xù)數(shù)千萬年的呢？這一問題自然引起了科學(xué)家們的濃厚興趣。最近，中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上發(fā)表了一項(xiàng)新的研究成果，為我們揭示了鉤盲蛇三倍體如何形成并保持穩(wěn)定，以及鉤盲蛇進(jìn)行孤雌生殖的分子機(jī)制及其進(jìn)化奧秘。

研究團(tuán)隊(duì)首先利用多組學(xué)技術(shù)，成功破譯了鉤盲蛇染色體級別的高質(zhì)量基因組，并精準(zhǔn)拆分出三套染色體對應(yīng)的三個亞基因組，證實(shí)鉤盲蛇基因組包含三個來源不同的亞基因組，而且三個亞基因組對應(yīng)的染色體數(shù)量各不相同，推測鉤盲蛇可能是在約4100萬年前由三個具有亞種親緣關(guān)系的祖先物種雜交后，導(dǎo)致了不同數(shù)量和來源的染色體實(shí)現(xiàn)了融合，在短期內(nèi)快速地形成了三倍體。

盡管鉤盲蛇的三個祖先亞基因組存在差異，但它們的一些重要功能基因的保守基因型被保留了下來。當(dāng)不同物種經(jīng)歷多倍體形成時，這種基因的保守性可能有助于減輕基因組不相容性，避免了多套基因“打架”，從而促進(jìn)多倍體的建立和穩(wěn)定。

鉤盲蛇能夠長期進(jìn)行孤雌生殖的奧秘是什么呢，這個問題也可以從它們的基因組里找到一些答案。

一方面，研究發(fā)現(xiàn)鉤盲蛇基因組中存在大量的假基因化現(xiàn)象。所謂假基因化，就是基因原本是有功能的，但是在長期進(jìn)化過程中，由于基因變異等原因，這些基因雖然保留了原來的大部分基因序列，但是無法正常轉(zhuǎn)錄和翻譯了，失去了正常功能。盡管鉤盲蛇的假基因化現(xiàn)象數(shù)量并不比其他蛇類多，但是在它的基因組中，與免疫和精子發(fā)生相關(guān)基因的假基因化現(xiàn)象更為突出。研究人員推測，與免疫基因的假基因化可能有助于減少不同亞基因組之間的免疫反應(yīng)，從而促進(jìn)雜合基因組的形成，而與精子形成有關(guān)的假基因化則有利于孤雌生殖的順利進(jìn)行。

另一方面，研究人員分析了鉤盲蛇卵巢等組織的基因表達(dá)情況后發(fā)現(xiàn)，與有性繁殖蛇類相比，鉤盲蛇卵巢中一些特殊基因的表達(dá)水平顯著提高了，這些基因與減數(shù)分裂期間DNA損傷修復(fù)能力有關(guān)。研究人員推測，這些基因的特異高表達(dá)，提升了DNA損傷修復(fù)能力，有助于減少鉤盲蛇多倍體基因組復(fù)制過程中的錯誤。

研究人員還認(rèn)為，鉤盲蛇在形成和維持多倍體過程中，可能存在多種機(jī)制，確保三個亞基因組既有較大程度的相似性，又要有一定的差異，保持一種微妙的平衡，即保持較大的基因組相似性有利于維持基因組穩(wěn)定，而保留亞基因組之間必要的差異，則能使鉤盲蛇獲得有利于進(jìn)化的遺傳潛力，這樣才能確保孤雌生殖多倍體生物在進(jìn)化過程中走得更遠(yuǎn)。

這項(xiàng)研究為我們揭示了鉤盲蛇獨(dú)特的基因組進(jìn)化景觀，打破了關(guān)于“孤雌生殖動物面臨進(jìn)化困境”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為理解動物孤雌生殖和多倍體形成機(jī)制提供了一個獨(dú)特視角。不過，這項(xiàng)研究并沒有徹底闡明孤雌生殖多倍體動物遺傳進(jìn)化的內(nèi)在機(jī)制，期待科學(xué)家們更加精彩的研究與發(fā)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Yunyun Lv et al. ,Genomic insights into evolution of parthenogenesis and triploidy in the flowerpot snake.Sci. Adv.11,eadt6477(2025).DOI:10.1126/sciadv.adt6477

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