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生物在長期的生態(tài)適應(yīng)進(jìn)化過程中形成了與自然環(huán)境變化相適應(yīng)的生物節(jié)律（biological rhythm），包括晝夜節(jié)律（circadian rhythm）和季節(jié)節(jié)律（circannual rhythm）等。光周期是影響生物節(jié)律波動最主要的環(huán)境因素。晝夜節(jié)律參與感知并傳遞光周期變化，而季節(jié)節(jié)律則參與對天氣狀況、食物供應(yīng)和捕食者活動等變化的及時預(yù)測。生物通過內(nèi)源性節(jié)律接受環(huán)境信號，驅(qū)動生理和行為（如睡眠、遷移和繁殖等）發(fā)生周期性改變以與環(huán)境周期保持同步，使其能夠最大程度地生存和更好地利用環(huán)境資源。然而，生物如何獲得與其生存環(huán)境相適應(yīng)的生物節(jié)律的分子進(jìn)化機(jī)制尚不清楚。

褪黑素（melatonin）是由動物松果體分泌的重要激素之一，呈現(xiàn)出晝低夜高的節(jié)律性，并隨著一年中晝夜長短的季節(jié)變動而呈現(xiàn)周期性波動，在調(diào)節(jié)晝夜和季節(jié)節(jié)律過程中起著關(guān)鍵作用。芳香胺-N-乙?；D(zhuǎn)移酶（AANAT）是褪黑素合成的主要限速酶，其表達(dá)水平和活性的節(jié)律性變化決定了褪黑素合成的速率和節(jié)奏，對褪黑素的分泌起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。然而，迄今為止，有關(guān)AANAT基因的進(jìn)化及其與生物節(jié)律適應(yīng)之間間的關(guān)系，知之甚少。本研究通過對256個哺乳動物AANAT基因的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育分析，結(jié)合體外酶活性檢測實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)AANAT基因出現(xiàn)了3次獨(dú)立的復(fù)制事件，分別出現(xiàn)在鯨偶蹄類的3個支系（即豬科Suidae，河馬科Hippopotamidae和有角下目Pecora）。這些支系起源于始新世中期，該地質(zhì)時期出現(xiàn)了季節(jié)性氣候的增加，推測偶蹄類AANAT基因譜系特異性復(fù)制及其酶活的提高可能增強(qiáng)了對光周期反應(yīng)的調(diào)節(jié)能力以適應(yīng)季節(jié)性氣候變化。特別有趣的是，哺乳動物中有4個類群（即鯨類Cetaceans，海牛類Sirenians，貧齒類Xenarthrans和穿山甲類pangolins）松果體缺失且具有特殊的晝夜節(jié)律特征，相應(yīng)地它們的AANAT基因分別出現(xiàn)失活突變或缺失，推測這有利于他們調(diào)整日?；顒拥臅円构?jié)律，以適應(yīng)特定的生態(tài)位和生活史特征?？傊?，該研究證實(shí)了在哺乳動物進(jìn)化歷程中AANAT基因具有比先前認(rèn)為的更加復(fù)雜有趣的進(jìn)化模式和功能多樣性，并且為理解哺乳動物的季節(jié)和晝夜節(jié)律性適應(yīng)驅(qū)動基因的進(jìn)化提供了新視角。

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該研究成果以“Gene duplication and loss of AANAT in mammals driven by rhythmic adaptations” 于2021年5月3日在線發(fā)表于進(jìn)化生物學(xué)權(quán)威期刊Molecular Biology and Evolution（影響因子11.062）。南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生尹代清為第一作者，楊光教授和徐士霞教授為論文的共同通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃和江蘇省生物學(xué)優(yōu)勢學(xué)科等項目的資助。

論文鏈接：

https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msab125/...