分享一篇发表在Science上的文章：Molecular evolution of sour tolerance in birds，通讯作者是来自中国科学院昆明动物研究所的赖仞教授，该课题组的研究方向包括动物环境适应机制、活性多肽结构功能、人类疾病机理研究和新药研发。

味觉对于动物选择食物至关重要，感觉受体的改变通常与动物的生态变化有关，使生物体能够适应极端环境并开发新的生态位。在五种基本味道中，酸味（sour）是由酸（acids）引起的，其中有重要的感官信息，动物以此识别未成熟、变质的食物。酸味是由质子选择通道介导的，在脊椎动物中是otopetrin 1（OTOP1）。酸味通常与高酸度联系在一起，许多水果的特征之一是高酸性。哺乳动物大多厌恶酸味，而许多鸟类对酸味具有很高的耐受性。

作者在观察鸟类时，发现鸟类存在广泛的采果行为，并且鸟类食用的水果的pH值在2.5-3.5之间，于是作者推测鸟类进化出了对低pH值的耐受性，并想揭示其中的分子机制。作者在动物实验中，比较了鸟类和哺乳动物对酸的耐受能力，发现两种鸟类（家鸽和金丝雀）不太厌恶10-20 mM柠檬酸，而小鼠则表现出厌恶反应，说明鸟类可能确实具有耐酸能力。由于酸受体OTOP1在脊椎动物和无脊椎动物中高度保守，作者检测了Otop1基因在多种口腔组织中表达情况，发现鸟类均有表达。

为了研究鸟类是否通过修改酸受体OTOP1进化出酸耐受的机制，作者在HEK293T细胞中克隆了哺乳动物（m）和鸟类（p，c）的OTOP1并对其在不同pH范围内的活性进行了分析。作者发现在低pH的情况下，鸟类的OTOP1表现出明显的抑制，于是推测这与鸟类的酸耐受有关。进一步地，作者通过药物筛选，发现化合物诺卡酮（nootkatone）是OTOP1的激动剂。于是作者用诺卡酮处理鸟类并观察它们的行为，发现诺卡酮处理后它们明显变得对酸敏感，证明了OTOP1的抑制是鸟类耐酸的关键因素。进一步地，作者利用CRISPR/Cas9在小鼠体内敲入了鸟类cOTOP1，取代鼠源的mOTOP1，并证明了在小鼠味觉受体细胞中cOTOP1的酸抑制特点，cOTOP1-KI赋予了小鼠耐酸能力。

为了深入了解鸟类OTOP1发生酸抑制的原因，作者设计了一系列包含mOTOP1和cOTOP1片段的嵌合体，发现在mOTOP1骨架中，cOTOP1的T176-R225（CM3）、M276-F311（CM6）、Y312-R348（CM7）和K349-I405（CM9）嵌合体展现出显著的酸抑制能力。基于此，作者进一步地通过点突变的筛选，发现H239，L306，H314和G378这四个位点是酸抑制的关键位点。最后，作者还分析了鸣禽OTOP1的早期进化，通过祖先重建，发现OTOP1的G378突变在鸣禽中高度保守，使鸣禽的酸耐受能力甚至高于其他鸟类。

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总而言之，本文研究揭示了鸟类在耐酸性上的分子机制，其中OTOP1蛋白的进化使鸟类能够以更广泛的水果为食，扩大生态位并影响鸟类的多样性。

本文作者：MB

责任编辑：LZ

DOI：10.1126/science.adr7946

原文链接：https://doi.org/10.1126/science.adr7946