蛇類作為地球上演化最成功的脊椎動物類群之一，通過多樣化的捕食策略展現(xiàn)出對復(fù)雜生態(tài)環(huán)境的卓越適應(yīng)能力。其中，鈍頭蛇科（Pareidae）蛇類演化出專食蝸牛和蛞蝓的高度特化食性，為研究食性特化的遺傳機制提供了理想模型。

近日，中國科學院成都生物研究所研究團隊以勐臘鈍頭蛇（Pareas menglaensis）為對象，通過整合宿主基因組、轉(zhuǎn)錄組、腸道宏基因組等多組學數(shù)據(jù)，結(jié)合分子模擬與關(guān)鍵酶活性驗證實驗，系統(tǒng)解析了其食性特化的分子機制。

▲勐臘鈍頭蛇食性特化的分子機制

01

形態(tài)結(jié)構(gòu)特化

適配蝸牛捕食需求

勐臘鈍頭蛇的頭部結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了高度特化的形態(tài)適應(yīng)，其短小的吻部和左右不對稱的下頜齒是專為取食蝸牛設(shè)計的“工具包”。右側(cè)下頜齒數(shù)量通常多于左側(cè)，這種不對稱結(jié)構(gòu)專門適配右旋蝸牛殼，通過下頜交替運動，將蝸牛肉從殼中取出。

鈍頭蛇的下唇腺異常膨大，從齒骨前端延伸至復(fù)合骨，被肌肉組織包裹。組織學分析表明，該腺體由黏液細胞和漿黏液細胞構(gòu)成，后者富含粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體，提示其分泌蛋白類物質(zhì)幫助消化蝸牛。

▲鈍頭蛇特有的肥大下唇腺。 e：眼，hg：哈氏腺，sl：上唇腺，oc：口腔，cp：復(fù)合骨，d：齒骨，mu：肌肉，il：下唇腺。

02

基因組進化

定制蝸牛消化專用裝備

專食蝸牛還需解決蝸牛黏液消化和食物脂肪含量不足帶來的問題。研究團隊在比較31種爬行動物的基因組后發(fā)現(xiàn)，糖胺聚糖代謝和脂質(zhì)代謝相關(guān)基因表現(xiàn)出勐臘鈍頭蛇特有的進化特征。

在勐臘鈍頭蛇中，乙酰肝素酶（Heparanase，HPSE）基因家族發(fā)生擴張。由于多個

HPSE

同時，載脂蛋白E（Apolipoprotein E，APOE）發(fā)生三個關(guān)鍵氨基酸位點的特異性突變，分子對接模擬表明這些突變顯著增強了APOE與脂質(zhì)（如膽固醇）的結(jié)合能力，利于有限脂質(zhì)資源的合理利用。

這些基因?qū)用娴倪m應(yīng)性改變，精準解決了蝸牛的高黏液、低脂營養(yǎng)難題。

▲勐臘鈍頭蛇特有APOE突變及HPSE基因擴張

03

腸道菌群打造

能量補給的后勤部隊

除了基因組層面的適應(yīng)，勐臘鈍頭蛇的腸道微生物群也發(fā)生了協(xié)同演化。

相比于不吃蝸牛的蛇類，勐臘鈍頭蛇腸道中富集了參與蝸牛黏液降解的細菌，以及合成短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acid，SCFA）的菌群。這些微生物可分解蝸牛黏液中的肝素類物質(zhì)，并利用其產(chǎn)物合成SCFA，為宿主提供額外能量來源。

有趣的是，勐臘鈍頭蛇的腸道中具有高水平的肝素裂解、短鏈脂肪酸合成及脂質(zhì)合成相關(guān)的微生物酶，這一特征與食物同樣富含肝素類物質(zhì)且脂肪含量極低的吸血蝙蝠（Desmodus rotundus）相似，暗示哺乳動物和爬行動物可能在腸道共生菌功能上存在趨同演化。

▲勐臘鈍頭蛇腸道菌群構(gòu)成及功能特化

這項研究闡明了鈍頭蛇食性特化的分子機制，通過宿主基因組與腸道微生物的協(xié)同適應(yīng)，使其高效利用蝸牛這一特殊食物資源。同時，研究提示哺乳動物與爬行動物在腸道共生菌功能方面存在趨同演化，拓展了對不同物種間食性特化機制的理解。

論文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202509999

來源：中國科學院成都生物研究所

責任編輯：曹旸