基於喙頭蜥獨特的文化地位和進化地位，本研究完成了一個喙頭蜥的基因組組裝，著重分析了喙頭蜥基因組獨特的進化特徵，基因的適應性進化，種群動態與地理事件的關聯等。
該基因組將極大地幫助這一全球偶像（曾經是全球主導的爬行動物喙頭目的最後遺留物種）在種群分化研究，種系繁育等方面的工作。
喙頭蜥（tuatara (Sphenodon punctatus)）為楔齒蜥屬(Sphenodon)種似蜥蜴的動物，是三疊紀初期出現的喙頭類殘留下來的唯一代表，人稱「活化石」。是喙頭目(Rhynchocephalia)唯一現存的爬蟲類動物。僅見於紐西蘭的某些小島。喙頭蜥，因牙齒構造也稱為楔齒蜥。其他名稱也有鱷蜥或紐西蘭鱷蜥，亦可稱為刺背鱷蜥。
喙頭蜥是一種重要的爬行動物。除了作為紐西蘭的標誌性動物外，還在諸多方面具有重要的意義：
它是毛利人的taonga（特殊寶物），他們認為喙頭蜥是特殊地方的守護者；
被國際公認是至關重要的物種，由於棲息地的喪失，捕食，疾病，全球變暖和其他因素而容易滅絕；
具有重要的形態學和生理學創新。由於其兼具蜥蜴，烏龜和鳥類的特徵，數十年來其分類學地位一直困擾著學術界。這種分類學上的難題在很大程度上已經用分子方法解決了，但是從形成現代鱗狀動物(蜥蜴和蛇)的譜系中分化出來的時間、喙頭蜥的進化速度以及喙頭蜥的種類數量仍然存在爭議。
喙頭蜥在生物學上有一些獨特的方面，或非典型的爬行動物。這些因素包括一種獨特的性別決定方式，依賴於溫度(雌性在22℃以下生育，雄性在22℃以上生育)、極低的基礎代謝率和相當長的壽命。
喙頭蜥的核型是2n=36，其中有14對的macro染色體和4對的micro染色體，其基因組大小接近5Gb，實際組裝大小4.3Gb，Scaffold N50 為3Mb，利用BUSCO評估其完整性，為86.8%，注釋了17,448個基因（參考Figure1）。共線性分析，顯示其基因組和鳥類、龜類、鱷目類物種具有較高的gene-order保守性。尤其和雞的基因組具有很強的共線性（Figure2）。
Figure 1喙頭蜥的基因組組裝統計及評估。
Figure 2喙頭蜥與雞的基因組共線性可視化圖。
喙頭蜥的基因組序列至少包含64%的重複序列，其中31%是轉座子（TE），33%是低拷貝數的片段重複（SD）。L2元件是喙頭蜥最重要的長散在重複元件（佔基因組的10%），在進化的近期仍然具有活性。CR1元件在喙頭蜥中比較稀有，而在其它蜥性類物種中試最重要的長散在元件。L1元件在有胎盤的哺乳類中非常普遍，而在喙頭蜥中僅僅不到1%。
喙頭蜥的短散在元件（SINE）大部分來源於羊膜動物的古代共同基序（CORE-SINEs），至少有16個SINE 亞家族在喙頭蜥的基因上處於近期活躍狀態。
分析發現了24個新鑑定的獨特的DNA轉座子家族，說明DNA轉座子在喙頭蜥體內通過水平轉移的方式經常浸潤種系。至少有20個DNA轉座子的亞家族在基因上處於近期活躍狀態。另外還發現了數千個完全一樣的DNA轉座子拷貝，這表明其處於非常近期的，或者正在發生轉座活性。另外鑑定了大約7,500個長末端重複序列（LTR），被分成12個組。
喙頭蜥基因組有高比例的低拷貝SD元件（33%），其中的6.7%是近期起源。這比其它的脊椎動物基因組的比例要高。喙頭蜥基因組大小是變色龍的2.4倍，SD元件的高比例可能是造成其基因組大小擴張的重要原因。
Figure 3喙頭蜥基因組的轉座元件分析。
通過低覆蓋度的甲基化測序（BS-seq），發現喙頭蜥具有非常高的mCG比例——81%，是目前羊膜動物中已報導的最高甲基化比例。而且大部分甲基化位點落在重複元件上，一種可能的解釋是：轉座子的近期活性可能是受甲基化調控的。
喙頭蜥的線粒體基因組大小為18,078bp，包含13個編碼蛋白的基因，2個rRNA基因，22個tRNA基因。和其它的脊椎動物基本上一致。而先前的研究發現其缺少三個基因：ND5, tRNAThr和 tRNAHis。
鑑定出56個候選的MHC基因。和其它6個近緣物種分析比較，發現和綠色蜥蜴的相似度最高，這可能是有鱗類的典型特徵；
脊椎動物的5個視覺視蛋白基因全部被鑑定出。這是羊膜動物已知的最低的視覺基因丟失率之一，這與夜視祖先中觀察到的高基因丟失率形成鮮明對比。
一共鑑定出472個嗅覺受體基因，其中341個是完整的。這個數目與鳥類相當，比其它蜥形類具有更高比例的完整性。
一共鑑定出37個TRP樣序列，覆蓋目前已知的7個亞族。TRP基因可能與喙頭蜥的溫度耐受相關。
除龜外，喙頭蜥是最長壽的爬行動物，其壽命可能超過了100歲。長壽可能和抵抗活性氧（ROS）的基因相關。在人類基因組中，編碼25個硒蛋白，其作用包括抗氧化、氧化還原調節、甲狀腺激素合成和鈣信號轉導等。在喙頭蜥中鑑定出26個硒蛋白基因，4個硒蛋白特異性的tRNA基因。
發現包含雄性化的SF1和 SOX9，雌性化的RSPO1和WNT4基因。另外還發現與溫度依賴性的性別決定相關基因——CIRBP.喙頭蜥沒有明顯差異化的性染色體。甲基化和SNV分析也沒有發現性別特異性的差異（Figure5a，b）。
在大約3.12億年前的羊膜脊椎動物出現之後，分為兩類：突觸類動物（包括所有哺乳動物）和蜥腳類動物（包括所有爬行動物和鳥類）。大約2.5億年前三疊紀早期的喙頭蜥從所有鱗狀動物(蜥蜴和蛇)中分化出來（參考Figure4）。
Figure 4系統進化分析。
DNA 四重簡併鹼基替換率分析顯示喙頭蜥基因組經歷非常慢的進化。
利用基因組數據進行種群動態分析，發現大約在1千萬年前，喙頭蜥有一個快速增長的有效群體，在1-3百萬年前，又經歷了快速地下降，在50萬年前左右又經歷一次較快的下降。這些事件與紐西蘭已知的地質歷史有很好的關聯，可能反映了漸新世溺水後可用陸地面積的增加，這一時期的氣候大幅降溫可能減少了喙頭蜥的棲息地，以及促成了群體擴張的陸橋的形成（參考Figure5c，d）。
Figure 5喙頭蜥種群動態分析。
參考文獻：
Gemmell, N.J., Rutherford,K., Prost, S. et al. The tuatara genome reveals ancient features of amnioteevolution. Nature (2020).
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2561-9
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