樹鼩分類研究進展

馮佳紅，王政昆，朱萬龍

(云南省高校西南山地生態(tài)系統(tǒng)動植物生態(tài)適應(yīng)進化及保護重點實驗室， 云南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500)

1 引言

樹鼩(Mammalia)被認(rèn)為是比小鼠(Musmusculus)在進化上更接近人類的物種，而且具有體積小、易飼養(yǎng)、生殖周期短等諸多優(yōu)點[1]。所以，作為模式生物被極為廣泛的應(yīng)用[2]，各種疾病模型也相繼建立[3～7]。但其作為基石的分類地位仍未達成一致，這對應(yīng)用顯然是不利的。準(zhǔn)確的厘定樹鼩分類地位是極為重要的[8]，因為只有確切證明樹鼩有更高的進化地位，與人有更高的親緣關(guān)系，它才可能擁有比小鼠更高的科研和醫(yī)學(xué)價值[9]。

近年來，隨著分子生物學(xué)的崛起，樹鼩分類研究取得了許多進展，并與形態(tài)學(xué)和古生物學(xué)一起，獲得了傾向性結(jié)論，本文將討論這些進展。但值得注意的是，現(xiàn)在仍然沒有一致性結(jié)論，樹鼩的準(zhǔn)確分類仍然爭議不斷。本文也將探討可能有希望的研究方向，只有在分類上建立了穩(wěn)固的基石，才能為后續(xù)應(yīng)用鋪平道路。

2 古生物學(xué)研究樹鼩分類

每種生物都有機會成為化石被埋藏在地殼里，對化石的發(fā)掘就如同閱讀一本按照年代排列的進化書籍。通過放射性核素檢測，甚至可以知曉物種存在的準(zhǔn)確年代，所以古生物學(xué)方法也堪稱研究物種分類地位的“金標(biāo)準(zhǔn)”。第一例明確的化石資料來自于1979年，發(fā)掘于印度Haritalyangar的礦床中[10]。這一化石為進化的研究和分類的厘定做出了重大的貢獻。中國的第一例化石于1983年在云南的祿豐發(fā)現(xiàn)[11]，這對當(dāng)時分類上的一些爭議問題給出了準(zhǔn)確答案。而最新的化石資料出現(xiàn)在2016年，是由倪喜軍團隊在云南省李家洼哺乳動物化石點所發(fā)現(xiàn)，該化石被命名為“麒麟樹鼩”，可追溯到約3400萬年前漸新世早期[12]。麒麟樹鼩的發(fā)現(xiàn)讓樹鼩最早出現(xiàn)的時間翻了一倍，刷新了人們對樹鼩最早出現(xiàn)年代的認(rèn)知，也促使人們對樹鼩的分類地位再評估。古生物學(xué)一直是研究進化和分類的主角之一，是屬于能夠“一錘定音的角色”，但已發(fā)掘到的化石資料極少，而大家對這方面的重視程度以及投入的人力物力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對樹鼩分類的準(zhǔn)確界定，化石資料是及其重要的及其珍貴的，加大樹鼩化石的尋找和發(fā)掘，是及其重要的突破點。

3 分子生物學(xué)研究樹鼩分類

分子生物學(xué)方法是用核酸序列或蛋白質(zhì)序列按照一定算法做比對，從而確定物種進化遠(yuǎn)近的一種方法。隨著測序能力發(fā)展和分析算法的進步，這種方法在分類研究中愈來愈重要。目前，運用分子生物學(xué)方法對樹鼩分類研究方面已經(jīng)積累了大量資料。Schmitz等[13]在2000年時使用樹鼩線粒體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)的12個蛋白質(zhì)編碼序列與十幾種代表性物種做比對，最終結(jié)果顯示，樹鼩與兔形目(Lagomorpha)有更高親緣性。隨后Hudelot等[14]的工作也支持這一結(jié)論。在核基因方面，Bailey等[15]在1992年分析ε-球蛋白基因(ε-globin genes)后認(rèn)為樹鼩與兔形目親緣更近，Porter等[16]在分析了27個物種的血管性血友病因子(von Willebrand factor, VWF)后認(rèn)為樹鼩是嚙齒目(Rodenti)近緣，Hallstrom和Janke[17]在2010年對31個物種用3364個同源基因建樹分析后認(rèn)為樹鼩與嚙齒目的親緣關(guān)系更近。而在2013年，fan等[18]選擇了15個代表物種的2117個單拷貝基因構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)果表明樹鼩是靈長目(Primates)近親，同年的類似研究也支持相同結(jié)論[19]。在2015年，對哺乳動物的基于多基因水平的進化樹構(gòu)建中，樹鼩被認(rèn)為和嚙齒目或靈長目親緣性最近[20]。總的來說，在分子層面展開的研究中，線粒體基因數(shù)據(jù)傾向于支持樹鼩與嚙齒目有更高親緣，而核基因數(shù)據(jù)支持樹鼩與靈長目更親緣。在近些年的研究中，通過對樹鼩寡聚合成酶家族(Oligomeric synthetase family)的比對，認(rèn)為其更近靈長目[21]。對樹鼩α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)研究發(fā)現(xiàn)，其cDNA序列除45、60、65、69、93、114、147、150、157、204、252、270、284、298、308和324位核苷酸外與人cDNA序列完全一致，甚至進一步蛋白質(zhì)序列分析表明同源性高達97.1%[22]。在樹鼩的白介素21(interleukin 21,IL-21)基因的研究中，認(rèn)為樹鼩IL-21與靈長類而非嚙齒類的IL-21同源性較高—核苷酸序列的同源性為83.33%，且二級結(jié)構(gòu)、疏水性和表面電荷分布也與人IL-21相似[23]。此外值得提出的是，2019年昆明動物研究所通過單分子測序(Single molecule sequencing)和高通量染色體構(gòu)象捕獲(High-througnput chromosome conformationcapture, Hi-C)技術(shù)獲得了一個新的樹鼩參考基因組，還通過對6個個體全基因組測序獲得了樹鼩的單核苷酸多態(tài)性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)圖譜[24]，這些寶貴數(shù)據(jù)為分子水平的樹鼩分類研究提供了更堅實的基礎(chǔ)，需要進一步挖掘利用。總之，分子的解析觸及進化實質(zhì)，是分類學(xué)最前沿方向之一。在前期的研究中，當(dāng)選取不同基因時呈現(xiàn)出不同結(jié)果，這說明在分子的選取上和內(nèi)部規(guī)律的理解上還有待解決的問題。在進一步的研究中，更深刻地理解分子的進化機制是重要的，而開發(fā)更能代表進化歷程的算法也非常重要。針對后者，尋找數(shù)學(xué)和計算機方面的專業(yè)人士進行跨學(xué)科合作，是最有效的方式。

4 形態(tài)學(xué)研究樹鼩分類

基于形態(tài)學(xué)的物種分類是一種古老的方法。不同的物種因為來源于共同祖先而具有的相似結(jié)構(gòu)稱為同源結(jié)構(gòu)，通過比較物種的同源結(jié)構(gòu)，把物種放到合適的進化位置。樹鼩起初被劃歸為食蟲目(Insectivora)，其后基于頭骨、牙齒、肌肉和生殖系統(tǒng)等形態(tài)學(xué)方面的相似性被劃歸為靈長目[25]。在后續(xù)研究中，Zeller[26]發(fā)現(xiàn)樹鼩頭骨形態(tài)的發(fā)生與靈長有差異，于是非常支持將樹鼩另立一目。而最近，通過解析樹鼩的體液免疫系統(tǒng)(Humoral immune system)，認(rèn)為相對于嚙齒目它與靈長目更親緣[27]，樹鼩味覺丘腦的超微結(jié)構(gòu)解析也認(rèn)為其更類似于靈長目而非嚙齒目[28]。通過比較樹鼩、小鼠、恒河猴(Macaca mulatta)等的皮膚解剖結(jié)構(gòu)，同樣認(rèn)為其更近靈長目[24]。盡管如此，目前形態(tài)學(xué)方面的證據(jù)依然沒有形成統(tǒng)一性。所以，形態(tài)學(xué)雖然是最常用的分類方法，但在樹鼩的準(zhǔn)確分類中還沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在后續(xù)研究中，更多形態(tài)學(xué)證據(jù)的挖掘是必要的，對形態(tài)學(xué)資料的整理分析和更深入比對也是必要的，而和其它證據(jù)綜合起來形成證據(jù)鏈，相信是最有前途的方向。

5 表觀遺傳學(xué)樹鼩分類

表觀遺傳學(xué)(Epigenetics)是不涉及基因序列改變的可遺傳變異[29]，典型的例如DNA甲基化(DNA methylation)、組蛋白甲基化(Histone methylation)、組蛋白乙酰化(Histone acetylation)等[30]。表觀遺傳學(xué)顛覆了人們對遺傳的認(rèn)知，更為物種分類帶來了新思想和新方法，結(jié)合表觀遺傳學(xué)理論，也許才能更深入的理解進化和分類。但比較遺憾的是，運用表觀遺傳學(xué)方法研究樹鼩的分類還沒有先例。盡管如此，仍然相信這是大有可為的方向，特別是隨著表觀遺傳學(xué)的理論體系逐漸完善[31]，以及非編碼RNA(Noncoding RNA, ncRNA)在生命體系中的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)逐漸被解析[32]。

6 展望

根據(jù)目前積累的證據(jù)，學(xué)者傾向性認(rèn)為樹鼩應(yīng)該單立一目，且親緣于靈長目。但不同證據(jù)間存在內(nèi)部矛盾，甚至同為遺傳物質(zhì)的核基因和線粒體基因所得結(jié)論都不一致。應(yīng)展開更廣泛和深入的研究，除了挖掘新證據(jù)以外，如何把各種矛盾證據(jù)調(diào)和成一致性解釋是更本質(zhì)的問題，這不僅涉及到對進化更深入的理解，也涉及到分類標(biāo)準(zhǔn)的選取和一套更系統(tǒng)的評估方法/算法。總之，在大力推廣樹鼩作為模式生物之際，其分類地位的準(zhǔn)確厘定也越發(fā)急迫。如果不能證明樹鼩有更高的進化地位，如果不能證明樹鼩與人有更高的相似性，為什么還要花費如此大的精力去取代已經(jīng)非常成熟的嚙齒動物呢？而除了以上討論的各方面，綜合胚胎發(fā)育、生理學(xué)、行為習(xí)性、生態(tài)分布、以至交配實驗等各方面證據(jù)，也是重要的研究方向。