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新測序的鳥類基因組中，約40%是通過保存在國家自然歷史博物館鳥類遺傳資源館藏中的組織樣本獲得的，該館藏建立于1986年，現(xiàn)已成為史密森全球基因組計(jì)劃生物庫的一部分。圖片來源：奇普·克拉克，史密森學(xué)會

自從1億5千萬年前第一只“鳥”演化出現(xiàn)以來，它的后代適應(yīng)了廣泛的生態(tài)環(huán)境，誕生了體型微小能夠懸停的蜂鳥、善于跳水表演的鵜鶘和華麗的極樂鳥。今天，地球上生活著1萬多種鳥類，而現(xiàn)在科學(xué)家們正在為理解鳥類多樣性的完整基因圖譜而努力。

在11月11日的《自然》（Nature）雜志上，來自美國史密森學(xué)會、哥本哈根大學(xué)、中國華大基因、加州大學(xué)圣克魯茲分校和大約100個其他學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的科學(xué)家報告了363種鳥類的基因組，其中包括267種首次測序的鳥類。被研究的物種——從廣泛分布的，經(jīng)濟(jì)上重要的鳥類，如家雞，到不太為人所知的只生活在太平洋一個小島上的亨島田雞（Porzana atra）——覆蓋了世界現(xiàn)生鳥類92%以上的科階元。這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)將推進(jìn)鳥類進(jìn)化的研究，并有助于保護(hù)受威脅的鳥類物種。

珠雞（Numida meleagris）是目前數(shù)百種鳥類基因組公開的一種。圖片來源：布萊恩·施密特，史密森學(xué)會

這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了豐富的基因組資源，可供科學(xué)界免費(fèi)使用。這項(xiàng)研究是鳥類萬種基因組計(jì)劃（“B10K”）的一個重要里程碑（小編注：第一階段“目一級別”的工作完成于2014年底），該項(xiàng)目是由史密森國家自然歷史博物館、中國科學(xué)院、哥本哈根大學(xué)、洛克菲勒大學(xué)的研究人員組織的國際合作項(xiàng)目，華大基因、科廷大學(xué)（澳大利亞珀斯）、霍華德休斯醫(yī)學(xué)院、倫敦帝國理工學(xué)院和丹麥自然歷史博物館等多家單位一起完成，旨在對地球上每一種鳥類的基因組進(jìn)行測序、組裝和共享。

史密森尼的生物儲藏室用液氮冷凍器儲存組織和DNA樣本。圖片來源：唐納德·赫爾伯特，史密森學(xué)會

“B10K可能是鳥類研究中最重要的一個項(xiàng)目，”國家自然歷史博物館鳥類館館長加里·格雷夫斯（Gary Graves）說，他也是B10K七個組織者之一。“我們不僅希望了解鳥類生命之樹的主要分支之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，而且我們還為研究脊椎動物的進(jìn)化和生命本身提供了大量的比較數(shù)據(jù)。”

比較鳥類家族的基因組將使B10K研究人員和其他人員能夠探索不同鳥類的特定特征是如何進(jìn)化的，并在分子水平上更好地理解鳥類多樣性的形成。最終，B10K研究人員的目標(biāo)是建立一個包含大多數(shù)鳥類物種的生命之樹，繪制所有現(xiàn)代鳥類之間的遺傳關(guān)系。這些知識不僅將揭示鳥類的進(jìn)化歷史，而且對指導(dǎo)未來的保護(hù)工作也至關(guān)重要。

高密度物種取樣，覆蓋鳥類92.4%的科階元。圖片來源：www.nature.com/articles/s41586-020-2873-9

來自世界各地的150名鳥類學(xué)家、分子生物學(xué)家和生物信息學(xué)家齊聚一堂，為B10K項(xiàng)目的科階元鳥類獲取標(biāo)本并分析超過17萬億個堿基對。格雷夫斯說，測序和分析始于2011年，但這些數(shù)據(jù)代表了野外采集者和采集管理人員幾十年的工作，他們收集并保存了來自各個大陸的鳥類。

圖片展示了史密森學(xué)會團(tuán)隊(duì)在非洲、亞洲、北美和南美進(jìn)行的野外工作。圖片來源：克里斯蒂娜·格巴德，史密森學(xué)會

新測序的鳥類基因組中，約40%的種類是通過保存在國家自然歷史博物館鳥類遺傳資源館藏中的組織樣本獲得的，該館藏于1986年，現(xiàn)已成為史密森全球基因組計(jì)劃生物庫的一部分。國家自然歷史博物館的動物學(xué)家邁克爾·布勞恩（Michael Braun）、史密森數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人麗貝卡·迪科（Rebecca Dikow）以及位于巴拿馬的史密森尼國家動物園和保護(hù)生物學(xué)研究所和史密森尼熱帶研究所的研究人員也參與了該項(xiàng)目。

采集標(biāo)本通常需要在偏遠(yuǎn)地區(qū)露營。圖片來源：克里斯蒂娜·格巴德，史密森學(xué)會

“似乎每個鳥類科或物種都有一個基因組，這有點(diǎn)像集郵，但這一大規(guī)模的合作努力為我們提供了一套非常重要的基因組資源來保護(hù)。”史密森保護(hù)生物學(xué)研究所保護(hù)基因組中心的作者之一、負(fù)責(zé)人羅布·弗萊舍（Rob Fletcher）說：“例如，它提供了一個現(xiàn)成的基因組資源，在管理拯救瀕危物種數(shù)量時，這些標(biāo)記有助于繪制種群數(shù)量下降的模式，識別近親，減少近親繁殖。有了基因組，就可以簡化對重要生存特征的基因搜索，比如對引入的致命疾病的抵抗力。”

格雷夫斯說：“通過34年的實(shí)地考察和幾十次探險，我們獲得了大量高質(zhì)量的DNA，這實(shí)際上使這個項(xiàng)目成為可能。”這些資源中有許多在DNA測序技術(shù)發(fā)展之前就已經(jīng)儲存了很長時間，為將來的分析而保存下來，這在當(dāng)時是收藏家們無法想象的。這也是自然歷史博物館藏品和博物館研究項(xiàng)目如此重要的原因之一！”

在這項(xiàng)具有里程碑意義的研究中，史密森學(xué)會鳥類部門為新發(fā)現(xiàn)的鳥類基因組提供了大約40%的組織樣本。圖片來源：詹姆斯·迪·洛雷托，史密森學(xué)會

隨著363個基因組的完成，B10K正在擴(kuò)大其努力，以包括下一個層次屬級別的鳥類基因組研究作準(zhǔn)備。在這一階段，研究小組將對數(shù)千個額外物種的基因組進(jìn)行測序，目標(biāo)是代表大約2300個鳥類屬中的每一個。

參考文獻(xiàn)：

[1]Dense sampling of bird diversity increases power of comparative genomics, Nature (2020). 

[2]https://phys.org/news/2020-11-scientists-genomes-birds-avian-families.html

[3]https://www.smithsonianmag.com/blogs/national-museum-of-natural-history/2020/11/11/landmark-study-shares-smithsonian-bird-dna-collected-over-three-decades/?utm_source=facebook.com&utm_medium=socialmedia&fbclid=IwAR1oni8qQ2g4mQVAMVBtn9ojXcEJ1B86uuWAFHFpzm4Od_zNs4pGSJmKXfQ