为何无需雄性就能繁衍？我国科学家揭秘钩盲蛇孤雌生殖进化之谜

封面新闻记者 谭羽清 图片由中国科学院成都生物研究所提供

孤雌生殖是指雌性个体无需雄性参与即可独立繁殖后代的现象，这种生殖方式在脊椎动物中较为罕见，而钩盲蛇是目前已知的唯一一种完全通过孤雌生殖繁殖的蛇类，直到今天，全球范围内从未发现过它的雄性个体。那么，钩盲蛇独特的繁殖方式是如何实现的？

钩盲蛇（缪靖翎摄）

4月3日，中国科学院成都生物研究所李家堂研究员团队在国际学术期刊《科学进展（Science Advances）》上发表研究，首次揭示了钩盲蛇的基因组奥秘。该研究通过多组学技术破解了该物种三倍体基因组构成、孤雌生殖的分子机制及其进化意义，为理解脊椎动物多倍体形成和孤雌生殖适应性提供新的见解。

钩盲蛇形似蚯蚓，是世界上已知最小的蛇类之一。这种蛇类营穴居生活，主要以蚂蚁和白蚁为食。由于钩盲蛇体型微小，且常通过植物贸易中的花盆土壤被无意中传播，因此也称为“花盆蛇”。如今，它广泛分布于除南极洲以外的全球温带、热带和亚热带地区。

但这种“不起眼”又常见的小蛇身上却有着与众不同的特征：细胞中有着三套完整的染色体，自然种群无需雄性参与即可繁衍后代。因此，科学家们长期关注其三倍体基因组起源、亚基因组间兼容性，以及孤雌生殖是否导致进化“死胡同”等关键问题。

钩盲蛇三倍体的基因组特征

针对钩盲蛇三倍体基因组起源谜题，研究团队成功破译了钩盲蛇染色体级别的高质量基因组，并进行了三个亚基因组的精准拆分，发现钩盲蛇的祖先基因组在约4100万年前经历了一次快速的物种形成事件，导致了染色体融合的发生。

研究团队还发现，钩盲蛇基因组中存在大量的假基因化现象，包括免疫和精子发生相关基因。假基因化是指基因失去功能并逐渐退化的过程。而这些基因的假基因化可能有助于减少不同亚基因组之间的免疫反应，从而促进杂合基因组的形成，并确保孤雌生殖的顺利进行。

钩盲蛇减数分裂潜在机制示意图

同时，研究团队利用卵巢等器官的转录和表观遗传学分析发现，卵巢中DNA修复相关基因ALKBH2和MDC1等特异高表达，可能在其减数分裂过程中起到重要作用。结合群体基因组分析发现，不同地理种群的亚基因组拷贝数存在显著差异，并推测钩盲蛇孤雌生殖可能是依赖“减数分裂前内复制”的一种潜在机制。

据悉，本研究为科学家们理解动物孤雌生殖和多倍体形成机制提供了一个独特视角，打破了关于“孤雌生殖动物面临进化困境”的传统认知，有助于理解动物多样化生殖方式的起源，为探索其他类群的染色体演化历史和物种多样性保护提供了新思路。

相关研究论文以“Genomic insights into parthenogenesis and triploid evolution in the flowerpot snake”为题发表于Science Advances。李家堂研究员为论文唯一通讯作者，博士后吕云云和特别研究助理吴威为本文共同第一作者。