听力基因prestin在回声定位哺乳动物中的功能研究

Ecolocation is an important and special sensory mechanism for echolocating mammals to range, locate, and identify objects, yet much less is known about its molecular basis. Recently, evolutionary evidence from our and other studies indicates the parallel evolution of protein sequences of the hearing gene prestin between echolocating bats and whales. However,it is unclear for the functional characteristics of prestin in the echolocating mammals. Here, we are planning to dissect the functioal and molecular mechanisms of prestin for mammalian echolocation, combining with the evolutionary analyses about prestin sequences. First, we will examine the functional differences of prestin between echolocating and non-echolocating mammals. Second, due to the differences of mammalian echolocation,we will determine the different and similar functional characteristics of prestin among echolocating mammals. Finally, the potentially functional sites identified by evolutionary analyses will be verified using point-mutation experiments to reveal the molecular mechanisms of prestin for mammalian echolocation.

回声定位是一种特殊和重要的感觉机制。回声定位哺乳动物能够利用回声定位进行导航、捕食以及识别和定位障碍物，然而人们对其分子机制却知之甚少。最近，我们及其他研究者通过分子进化研究表明，回声定位蝙蝠和齿鲸在听力基因prestin序列上呈现出平行进化的趋势。但是，prestin基因在回声定位哺乳动物中的功能特征目前并不清楚。本项目将结合进化分析的结果，从功能角度深入剖析prestin基因在回声定位哺乳动物中发挥作用的机制。首先，我们将检测回声定位和非回声定位哺乳动物prestin基因功能的差异；其次，由于哺乳动物回声定位性状之间存在很大差异，我们还将分析比较回声定位哺乳动物之间prestin基因功能特征的异同。最后，通过点突变实验，对进化分析鉴定出的潜在功能位点进行功能解析，揭示prestin基因对哺乳动物回声定位起作用的分子机制。

回声定位哺乳动物通常利用回声定位进行导航、捕食以及识别和定位障碍物。对于这些 动物而言，这种特殊的感觉机制是在长期的演化过程中逐渐建立和发展起来的适应性性状之一。之前的研究表明，回声定位蝙蝠和齿鲸在听力基因prestin序列上呈现出平行进化的趋势，但是该基因在回声定位哺乳动物中的功能特征并不清楚。通过本项目，我们增加关键的回声定位和非回声定位的物种，进行了深入进化分析，进一步确认了，prestin在回声定位海豚和蝙蝠中受到了平行进化的作用,并且鉴别出11个受到平行进化的氨基酸位点。利用膜片钳等功能实验，确证了回声定位哺乳动物prestin的功能趋同性。与非回声定位哺乳动物相比，prestin的关键功能参数1/α在所有回声定位哺乳动物中都显著地增加了，并且与哺乳动物最敏感的听觉频率具有显著的相关性。点突变实验研究还进一步确证了平行进化位点N7T导致了回声定位哺乳动物prestin的功能趋同性。这些研究第一次在功能层面上对哺乳动物回声定位起作用的分子机制进行了探讨，为人们进一步认识回声定位发生发展的进化历程和遗传机制奠定了基础。本项目按计划顺利推进，超额完成了既定研究目标，于项目执行期间先后在国际著名SCI杂志《Molecular Biology and Evolution》上发表研究论文2篇，在《Scientific Reports》发表研究论文1篇,累计影响因子超过30。