高度特化的蚁食性在哺乳动物中发生多次独立演化，是哺乳动物进化史上最引人注目的事件之一，是适应性演化和趋同演化的经典案例。食蚁哺乳动物特殊食性的适应性演化和趋同演化的分子机制一直没有系统性的揭示。近日，《国家科学评论》(National Science Review, NSR；https://doi.org/10.1093/nsr/nwac174；影响因子23.178)刊发了于黎研究员团队，张亚平院士团队，张志刚研究员合作研究成果。以贫齿目的食蚁兽，单孔目的针鼹，鳞甲目的穿山甲三个独立演化的食蚁哺乳动物类群为研究对象，通过“共生总基因组”研究，即宿主基因组和肠道微生物组的综合分析，采用多组学手段，包括基因组，转录组，宏基因组以及酶活功能实验，揭示了食蚁哺乳动物的特殊食性的演化适应。

研究人员发现食蚁类哺乳动物的宿主和肠道微生物协同演化出了将坚硬的几丁质外骨骼消化并转化为能量和营养物质的能力。与其它哺乳动物相比，食蚁类哺乳动物基因组保留多个与几丁质降解相关基因的数量，或者有更高的基因表达量和酶活，它们的肠道微生物中有更多的与几丁质降解有关的菌群和酶家族。有意思的是，研究发现几丁质的降解在食蚁哺乳动物的宿主和肠道微生物之间存在“空间互补”的合作关系，即宿主和肠道微生物在消化道的不同位置分泌几丁质酶对几丁质进行降解，共同合作完成几丁质的代谢。此外，与其它哺乳动物相比，这三类食蚁哺乳动物的基因组和肠道微生物组都发生了与高蛋白、高脂肪和海藻糖等碳水化合物营养物质代谢相关的演化适应，尤其是脂肪代谢中参与胆汁酸合成和转运相关的通路和基因。另外，食蚁类哺乳动物基因组中的海藻糖酶基因有更高的基因表达量和酶活，它们的肠道微生物中与海藻糖酶降解相关的酶家族丰度更高。除了对营养物质的高效利用以外，在食蚁哺乳动物的宿主基因组和肠道微生物组中都发现了与外源物质代谢和解毒相关的通路显著富集，同时还发现了它们协同作用代谢蚁酸实现解毒的作用。

该项研究从共生总基因组的新视角和范示揭示了食蚁哺乳动物特殊食性的适应性演化和趋同演化的分子机制，表明宿主和肠道微生物之间通过复杂和多样的相互作用，为高蛋白和高脂肪代谢，海藻糖降解等营养物质代谢以及有毒物质解毒的挑战提供了适应性策略。有意思的是，该研究还揭示了它们在空间上互补的合作，完成几丁质的降解（图1）。这项研究为哺乳动物的食性演化以及宿主和肠道共生体协同完成动物生理功能的机制提供了崭新的见解。

图1 食蚁哺乳动物食性的共生基因组适应演化机制

于黎研究员，张亚平院士和张志刚研究员为通讯作者。博士生程绍臣、刘纯兵、姚雪沁和胡靖扬助理研究员为第一作者。该工作得到国家杰出青年科学基金、云南省重大科技项目和青藏高原科学考察等项目的支持。