关于鸟鸣的进化，金丝雀的基因组能告诉我们什么？

发表在《基因组生物学》上的新研究揭示了金丝雀歌唱行为进化的线索。

鸣禽几乎占所有鸟类种类的一半，以其精细的鸣叫表现出复杂的行为，使它们适合神经生物学家深入了解行为的一般机制。

金丝雀已成为研究影响激素依赖性歌唱的神经变化（或“大脑可塑性”）的首选模型。这是因为它有一个明显的繁殖季节，歌曲和类固醇激素浓度有季节性的变化，在繁殖季节和非繁殖季节之间大脑有不同程度的可塑性。

金丝雀自15世纪开始被驯化，是生活在北大西洋亚速尔群岛、马德拉岛和加那利群岛上的野生金丝雀的后代。像它们的野生祖先一样，家养金丝雀在长日（繁殖）条件下唱刻板的歌，在短日（非繁殖）光周期下唱变化多端的歌。

我们进一步研究了金丝雀基因组序列的广泛含义，它不仅允许研究荷尔蒙对歌唱和行为的影响，而且为神经可塑性的研究提供了一个很好的模型，可以作为分子神经科学研究的模型。

金丝雀基因组测序

我们的工作导致了第一个高质量的组装和注释的雌性金丝雀基因组，其大小为12亿碱基对。在鸟类中，雌性是“异配子”性（ZW），因此分析的基因组序列包含两种类型的性染色体Z和W。整个鸟类分类群中金丝雀和13个基因组之间的全基因组比对显示，在全球范围内，鸟类基因组非常相似。

然而，在更精细的尺度上进行比较时出现了差异。例如，在核苷酸水平上存在相当大的物种差异，这会影响小的遗传序列，如雌激素和雄激素受体结合位点。这些区域的这种差异可能导致基因调控的重大差异，即使是在近亲物种之间。因此，只有对基因组进行如此细致的分析，我们才能获得有关金丝雀神经生理和行为特征调控的有用信息。

脑宋区的活性基因

我们一开始是把雄性驯养的金丝雀成对安置在长时间和短时间的条件下。另外，一个实验组接受了睾酮植入物，这种植入物可以诱导暴露在短日照下的动物在长日照条件下唱歌。在收集他们的大脑进行分析之前，我们对他们的歌曲进行了记录和分析。

在金丝雀基因组草图的基础上，我们分析了雄性鸟类中两个主要的类固醇激素敏感的鸣叫控制脑区，即所谓的HVC（以前被称为“腹侧高三头肌，尾侧部”）和RA（大黄鱼核）。此外，我们还观察了一个非类固醇激素敏感、非发声但视觉性的大脑区域——耳鼻喉科（内大脑皮层）。

在这项全球分析之后，我们将重点放在具有三个特征的基因网络上：它们与HVC和RA脑区的song相关，表现出季节性，并且对睾酮敏感。特别是，我们研究了这些基因网络的基因是否包含使它们对激素潜在更敏感的序列，而金丝雀的基因与歌唱行为无关。

为了验证这些基因中的激素敏感元件是否对金丝雀具有特异性，我们还研究了斑马雀的基因，因为斑马雀没有进化出激素敏感的歌曲表达。睾酮敏感的HVC上调基因网络对神经元分化具有重要意义。在HVC脑区的金丝雀睾酮调节基因中，我们发现在斑马雀中，20%缺乏雌激素反应元件，8%缺乏雄激素反应元件，这意味着它们严格意义上是金丝雀特有的。

这些分析揭示了控制季节性歌唱行为的歌曲系统不同部分的特定进化变化。因此，在金丝雀中，那些对睾酮和雌激素敏感的基因，以及参与神经元重新连接的基因，可能对潜在的神经元基质（如HVC）的重新分化至关重要，从而导致季节性的歌唱模式。

与其他鸣禽基因组相比，许多已鉴定的激素反应基因启动子位点是金丝雀特有的，因此本研究表明，在其他比较研究中，需要高质量的基因组组装来检测基因的进化。

<link />