[00115759]大熊猫消化酶对其食性转换的适应机制

饮食可能是动物进化中最重要的选择力量。在这方面,大熊猫是有趣的,因为它不仅经历了饮食的转变,而且发展了专性的竹子饮食。化石记录表明,大熊猫在上新世晚期或更新世早期开始食用竹子。大熊猫属于肉食性目,具有典型的食肉类消化道,但只以低营养和低热量含量的竹子为食。尽管已经发现大熊猫在野外和圈养状态下都能保持吃肉的能力,但它们的食物中99%是竹子。竹子是一种低营养/低能量食品,由70%-80%的纤维素、半纤维素、木质素和20%-30%的蛋白质、可溶性碳水化合物和脂肪组成。同时,大熊猫对竹子的消化能力非常低:蛋白质的75% -90%,半纤维素只有27%,纤维素利用率为8%。尽管如此,它们已经以竹子为食生存了超过200万年。单调的饮食可能导致了一些形态、生态和遗传的适应。大熊猫前爪上有假拇指,并进化出强壮的下颌骨和扁平的牙齿来帮助它们咀嚼和吃竹子。大熊猫已经获得了一套最佳的觅食、栖息地使用和活动节律策略,以适应它们的低能量食物。对大熊猫基因组的研究显示,鲜味受体TAS1R1基因由于在3外显子上插入了2 bp,在6外显子上缺失了6 bp而变成了假基因。鲜味感受器可以感知肉类和其他富含蛋白质的食物。因此,TAS1R1基因功能的丧失可能导致了大熊猫的饮食开关。此外,大熊猫适应竹子饲料的分子机制知之甚少。有研究表明,大熊猫对竹子的消化主要取决于其肠道微生物群。目前尚不清楚是什么原因导致了大熊猫的适应性变化。随着高通量、下一代测序技术的发展和全基因组数据的开放可用性,本研究从基因组的角度探讨了大熊猫的适应性。本项目利用不同摄食习性物种的比较基因组学来阐明大熊猫适应竹食的分子适应机制。研究发现大熊猫在感官上保留了食肉动物的特征,但在消化等生理上与食草动物相似。大熊猫扩张基因家族和正选择基因都暗示大熊猫可能通过调节其消化系统和内分泌系统来更高效的代谢营养物质。虽然这些基因在大熊猫机体内的功能还有待进一步验证,但也为大熊猫适应饮食变化的分子机制提供了新的见解。为了应对饮食的变化,大熊猫的基因组经历了重要的进化适应,帮助它更好地消化竹子和代谢营养物质。这些发现也为大熊猫饮食变化的适应机制提供了分子理论依据,并为这一濒危物种的管理和保护提供了补充信息。通过本项目的开展,有利于了解大熊猫营养消化的生理生化特点,为大熊猫的科学保护和繁育提供理论依据和基础。