蝙蝠中由 MEIS2 介导的前肢特化的演化与机制

四足动物肢体适应性的基因组基础被认为主要由基因调控的变化所驱动。然而，调控程序通过何种机制发生演化，仍未得到充分理解。在蝙蝠中，已有研究表明，翼膜发育与转录因子 MEIS2 在前肢指间组织中的表达相关。然而，MEIS2 本身不足以重现翼的形态，这提示其调控背景也发生了分化。在此，我们将功能基因组学与序列到功能的深度学习方法相结合，以解析 MEIS2 在蝙蝠前肢发育中的机制性作用和进化性作用。利用基于蝙蝠和小鼠胚胎肢体数据训练的模型，我们鉴定出 MEIS2 结合与转录因子 TWIST1 之间存在强相关性，这一发现也得到了单细胞转录组分析的支持。为探究其进化维度，我们将这些模型应用于 100 多个基因组，包括现生蝙蝠、近缘物种以及重建的祖先基因组。该分析识别出调控区域中的分化，这些分化很可能促成了蝙蝠特异性的前肢基因表达，并最终导致翼形态发生。值得注意的是，这些变化在 MEIS 二聚化伙伴 PBX1 的调控结构域中尤为显著，表明存在协调性的调控演化。总体而言，我们的结果表明，复杂形态性状的演化涉及反式调控环境和顺式调控图景的协同变化。更广泛地说，本研究为整合深度学习、比较基因组学和功能基因组学以研究调控演化提供了一个框架。

四足动物肢体适应性的基因组基础通常被认为主要由基因调控的变化所驱动。然而，调控程序如何演化的机制尚未得到充分理解。在蝙蝠中，翼膜发育已被证明与转录因子 MEIS2 在前肢指间组织中的表达相关。然而，仅有 MEIS2 并不足以重现翼的形态，这表明其调控背景也发生了分化。在本研究中，我们将功能基因组学与序列到功能的深度学习相结合，以解析 MEIS2 在蝙蝠前肢发育中的机制性作用和进化性作用。利用基于蝙蝠和小鼠胚胎肢体数据训练的模型，我们发现 MEIS2 结合与转录因子 TWIST1 之间存在强相关性，这一发现也得到了单细胞转录组分析的支持。为探究其进化维度，我们将这些模型应用于 100 多个基因组，包括现生蝙蝠、近缘物种以及重建的祖先基因组。该分析鉴定出调控区域中的分化，这些分化很可能促成了导致翼形态发生的蝙蝠特异性前肢基因表达。值得注意的是，这些变化在 MEIS 二聚化伙伴 PBX1 的调控结构域中尤为显著，提示存在协调性的调控进化。综上，我们的结果表明，复杂形态性状的演化涉及反式调控环境和顺式调控图景中的协同变化。更广泛地说，本研究为整合深度学习、比较基因组学和功能基因组学以研究调控演化提供了一个框架。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.03.729816v1?rss=1

🏷️ 蝙蝠翼演化 MEIS2转录调控 前肢发育 比较基因组学 调控元件进化 深度学习功能基因组学