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跨越多个组织和系统的复杂性状，往往整合了发育、生理和行为过程中的大量基因，因此很难确定其中不可或缺的组成部分。蚊类吸血就是这样一种性状。吸血是蚊科的祖征，在大多数物种中维持了约2亿年，并在三个谱系中独立丧失。这些趋同丧失为发现吸血所必需的遗传、生理和神经特征提供了一个天然实验。我们组装了7种蚊子的高质量染色体水平基因组，并构建了全脑断层成像重建图谱。我们的研究涵盖了已知的3个不吸血谱系——Toxorhynchites rutilus、Topomyia yanbarensis和Malaya genurostris——以及与其亲缘关系密切的吸血物种和具有可变吸血习性的Wyeomyia smithii。通过比较直系同源基因类群，我们检测到在这3个丧失吸血能力的谱系中特异性发生的趋同基因丧失。这些丧失包括唾液中的血小板聚集抑制剂Aegyptin、血液激活的丝氨酸蛋白酶（如Chymotrypsin-1和Chymotrypsin-2），以及一种在雌性脂肪体和脑胶质细胞中表达的羧酸酯酶。吸血能力的丧失还延伸至化学感受。非吸血蚊缺失两类气味结合蛋白基因、两类与血液成分味觉检测相关的离子型受体基因，以及在触角神经元中一个离散且具有显著雌性偏倚的细胞群中表达的气味受体基因类群。非吸血蚊中具有雌性偏倚的头部基因表达也有所降低。最后，对这些物种的全脑断层成像重建进行比较发现，不吸血雌蚊的触角叶更小，这与嗅觉输入减少相一致。总体而言，这些发现确定了一组与吸血相关的精简基因集合、表达模式和脑区，为从进化角度解析这种复杂且危险的性状如何构建和解构提供了切入点。
跨越多个组织和系统的复杂性状，往往整合了发育、生理和行为过程中大量基因的作用，因此要确定其中的关键组成部分颇具挑战性。蚊类的吸血行为正是这样一种性状。该性状为蚊科的祖征，在大多数物种中维持了约2亿年，并在三个谱系中独立丧失。这些趋同的丧失为发现吸血所必需的遗传、生理和神经特征提供了一个天然实验。我们组装了7种蚊虫的高质量染色体水平基因组，并重建了它们的全脑断层图像。本研究涵盖了已知的3个非吸血谱系——Toxorhynchites rutilus、Topomyia yanbarensis和Malaya genurostris——以及与其亲缘关系密切的吸血物种和吸血行为具有变异性的Wyeomyia smithii。通过比较直系同源基因支系，我们检测到仅存在于这3个丧失吸血行为的谱系中的趋同性基因丢失。这些丢失包括唾液腺血小板聚集抑制剂Aegyptin、血液激活的丝氨酸蛋白酶（如Chymotrypsin-1和Chymotrypsin-2），以及一种在雌性脂肪体和脑胶质细胞中表达的羧酸酯酶。吸血行为的丧失还延伸至化学感受。非吸血蚊缺失两个气味结合蛋白支系、两个与血液成分味觉检测相关的离子型受体支系，以及若干气味受体支系；后者在触角神经元中一个离散且具有显著雌性偏向性的细胞群内表达。非吸血蚊的头部基因表达中，雌性偏向性表达也有所降低。最后，对这些物种的全脑断层重建进行比较发现，非吸血雌蚊的触角叶较小，这与其嗅觉输入减少相一致。总体而言，这些发现确定了一组与吸血行为相关的精简基因、表达模式和脑区，为从进化角度解析这一复杂且具有危险性的性状如何形成与消失提供了切入点。
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🏷️ 趋同进化 蚊虫吸血行为 化学感知 基因组比较 脑区演化