鸟类是多样性最高的陆生脊椎动物，鸟类的快速辐射演化一直是一个引人入胜的问题，鸟类对食物资源的灵活适应和新食物的开发在其多样性演化中无疑发挥了重要作用，而这来源于鸟类营养感知的进化。大部分鸟类都会采食水果，特别是在食物匮乏和迁徙等时期，水果是鸟类重要的能量来源。鸟类和水果之间存在非常久远且长期的互动，但鸟类如何感知并耐受水果中高浓度有机酸一直未得到阐述。

中国科学院昆明动物研究所赖仞课题组长期致力于生物生存策略及环境适应机制研究，近年来在生物环境感知和响应机制方面取得了一系列进展 (Nat Commun 2015, 2019, 2023; PNAS 2018, 2020, 2022a, b; Sci Adv 2017, 2020; PLoS Biol 2018; Curr Biol 2022)。酸味对大多数哺乳动物而言是警示信号，意味着潜在的有害或有毒化学物质。令人惊讶的是，许多鸟类却能广泛取食高酸性水果，对酸表现出极强的耐受能力。近期多项研究证明OTOP1是哺乳动物酸味觉受体，赖仞课题组前期工作识别了一系列生物毒素分子可作为OTOP1的抑制剂或激动剂，为深入研究OTOP1功能机制打下了重要基础。此次，赖仞课题组研究发现OTOP1是鸟类感知酸味的受体，鸟类酸味受体OTOP1在低pH环境下会被酸抑制，减少酸味信号的传递，从而降低酸味带来的不适感。将鸣禽（金丝雀）的OTOP1基因敲入小鼠体内显著降低了小鼠对酸味的神经信号，通过药理学干预酸味受体OTOP1，显著削弱了鸟类（鸽和金丝雀）对酸的耐受能力，证实了该受体在鸟类酸味感知及酸耐受中的核心作用。 进一步分析表明，OTOP1的酸抑制特性与四个关键氨基酸位点（H239、L306、H314、G378）密切相关。而鸣禽（如金丝雀）因携带额外的G378突变，酸耐受能力甚至高于其他鸟类。通过对鸟类祖先受体重建，研究还发现鸣禽的酸耐受进化与甜味感知能力的获得几乎同步发生，这可能推动其食性多样化——既能摄取高酸水果，又能利用糖分资源，从而在进化中占据优势。

该研究表明鸟类酸味受体的功能演化在鸟类以及鸣禽这两个多样性群体的辐射中发挥了关键作用，提出了鸣禽酸味耐受与甜味感知协同演化假说，深化了对鸟类辐射演化的理解，为感觉受体的功能演化以适应鸟类生存提供新的见解。

该研究成果以Molecular evolution of sour tolerance in birds为题，在线发表于Science。中国科学院昆明动物研究所张浩助理研究员、罗雷副研究员、田利凤博士研究生、邵永研究员和德国马克斯·普朗克生物智能研究所梁俏仪博士为本文共同第一作者，赖仞研究员为本文的独立通讯作者。该工作得到了德国马克斯·普朗克生物智能研究所Maude W. Baldwin教授和中国科学院昆明动物研究所吴东东研究员重要指导和帮助。该研究得到来自国家自然科学基金委、国家重点研发计划项目、云南省科技厅、新基石研究员以及昆明市科技局等项目的资助。 

图 鸟类的酸味觉感知和耐受适应机制

文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr7946