适应性进化,是指生物在分支发展过程中,局部结构和功能发生了变化以适应特殊的环境。正是适应现象的广泛存在,造就了纷繁多姿的生物界。从分子角度研究适应性进化,我们可以利用不同类型的分子数据,使用比较基因组学的分析方法识别适应信号,揭示表型适应性特征背后的遗传机理。进行此类研究,不仅关注进化事件本身,更重要地是通过研究适应性进化事件来挖掘适应性功能的形成机制。适应性功能的形成是自然选择、基因和基因相互作用的综合性结果。要研究一个复杂的适应性功能,不但需要关注自然选择对分散的基因组区域施加的影响,更需要理解复杂性状产生过程中自然选择在通路范围内,对多个分子区域和多个分子类型的复杂作用。当前,以基因组和转录组测序为代表的高通量测序技术的喷涌式发展,以及日渐丰富的基因组注释信息,将适应性进化研究带入了基因组时代,也使得对复杂适应性状的研究成为可能。翼手目是哺乳动物纲中仅次于啮齿目动物的第二大类群,是唯一会飞行的哺乳动物,其广泛的分布和特殊的习性使之成为适应性进化研究的绝佳材料。翼手目内的多个物种在感觉方式和食性特征等复杂性状中发生了明显的功能分化。本文着眼于翼手目内两个功能分化的特点：与回声定位功能有关的感觉功能的分化,以及食性分化背景下的酒精代谢途径的分化,使用高通量RNA-Seq测序技术,对这两个功能的主要作用组织---脑和肝脏分别进行了转录组测序。在总结出一套转录组数据分析流程的基础上,我们使用比较基因组学分析和基因表达谱跟踪等方法,深入探讨了这两个功能在翼手目中分化的适应性机制。在研究篇的第一部分(第四章),我们使用翼手目脑组织转录组数据来探究回声定位功能的分子机制。回声定位功能在翼手目的两个枝系和齿鲸亚目(包括海豚)枝中的多次独立进化是自然界中趋同进化的典型案例。以往研究已经发现与耳蜗信号放大和神经信号转导有关的几个基因在这几个枝系间发生了氨基酸水平的平行进化。然而这些研究主要着眼于局部基因的序列变化,很可能错过了其他的适应性进化信号。本研究通过对七个蝙蝠物种(四个回声定位蝙蝠和三个非回声定位蝙蝠)的脑组织转录组数据进行比较分析,结合已知的海豚基因组数据,在回声定位蝙蝠和海豚的一系列与感觉和记忆功能相关的基因上探测到了正选择、氨基酸平行进化和表达量上调等适应信号。这项对基因序列和表达谱的系统性研究,有助于我们理解回声定位蝙蝠和非回声定位蝙蝠的感觉系统分化以及回声定位功能的遗传机制。在研究篇的第二部分(第五章),我们使用翼手目肝脏转录组数据来研究食果蝙蝠和食虫蝙蝠的酒精代谢方式的分化。酒精成分存在于食果蝙蝠的食物(即成熟果实)中,而食虫蝙蝠几乎不摄入。我们对选定的棕果蝠(食果蝙蝠)和长翼蝠(食虫蝙蝠)个体进行酒精灌食,并对3只棕果蝠(1只对照组个体,2只酒精组个体)和2只长翼蝠个体(1只对照组个体,1只酒精组个体)的肝脏分别进行了转录组测序,对酒精代谢三步反应中主要基因的表达趋势进行了重点跟踪。研究发现,在摄入酒精后,食果蝠和食虫蝠的肝脏中上调的基因富集于类似的功能(如氧化代谢和胆固醇代谢)中。然而具体来看,在酒精代谢反应的第一步(即限速步骤),两种蝙蝠出现了巨大分化。食虫蝠中,经典的解酒基因Adhl是唯一在肝脏酒精组显著表达上调的基因,ADH家族中其他基因的上调均不明显,Adh7未检出表达。然而在食果蝠中,Adhl在肝脏中的表达完全缺失,Adh7和Adh4在酒精组明显上调,其中Adh7的上调极其显著。此外,Adh7和Adh4的共同转录调控因子AP-1的编码基因在酒精组的表达也在两种蝙蝠中表现出相反的趋势。研究还发现,Adh7的上游调控区域中-136到-144区域的保守的AP-1结合区域在食果蝠全部丢失,此调控异常可能与Adh7的表达专一性在此类蝙蝠中的改变有关。因此我们认为,在食果蝠的Adhl被弃用(或丢失)后,Adh7和Adh4取而代之成为新的酒精代谢主效基因。这项研究揭示了食果和食虫蝙蝠的酒精代谢的方式的巨大差异,对于理解两种蝙蝠在食性分化后适应不同食物的遗传机制有重要意义。