在演化生物學中，趨同演化是指不同生物類群在相似環境壓力下獨立演化出同一性狀的現象。為了挖掘這種適應性演化的分子基礎，目前的比較基因組學研究多關注於氨基酸“狀態趨同”，即不同物種在相同的蛋白序列位點獨立演化出相同的氨基酸。然而，氨基酸之間的理化性質差異有大有小，不同氨基酸若具有相似理化性質，也可能實現相似的蛋白功能。因此，傳統的僅關注狀態趨同的方法可能忽略了這一類重要的適應性趨同信號。

近日，鄒征廷團隊在分子進化與生態適應研究領域取得進展，提出了“氨基酸理化性質趨同”（Convergence of Amino Acid Properties,CAAP）的新概念，並開發了相應的計算方法，係統揭示了氨基酸理化性質的趨同現象可能是生物適應性功能趨同的重要分子基礎。該研究成果以“Detecting Convergence of Amino Acid Physicochemical Properties Underlying the Organismal Adaptive Convergent Evolution”為題發表於期刊《分子生態資源》（Molecular Ecology Resources）。

理化性質差異小的保守氨基酸替換對蛋白功能的影響有限，由適應性演化驅動的概率較小；而差異大的氨基酸替換能在不同演化分支中發生，更有可能是適應性功能趨同演化的結果。為此，研究團隊係統構建了CAAP檢測流程，將20種氨基酸按理化性質相似性劃分為不同類別，把同一個類別看作一個“氨基酸狀態”，隻關注類別之間的氨基酸變化。團隊基於多種現有趨同檢測方法進行改進，使其能夠識別CAAP位點。研究團隊將這些方法應用於三類經典的適應性趨同案例：回聲定位哺乳動物（蝙蝠與齒鯨）、海洋哺乳動物（鯨類、鰭足類、海牛）和紅樹植物。

研究結果顯示，在回聲定位哺乳動物中，CAAP方法不僅識別出多個已知與聽力功能和回聲定位相關的基因（如SLC26A5、PIEZO2等），還通過顯著基因的功能富集分析和正選擇檢測發現了一批新的候選基因，文獻檢索表明這些基因與聽覺功能相關。在海洋哺乳動物中，CAAP方法識別出多個與肺細胞外基質（ECM）組成相關的基因，提示呼吸係統可能存在針對水下環境的適應；而在紅樹植物中，CAAP基因富集於磷脂酰肌醇信號通路和蛋白磷酸化過程，這些通路在植物應對高鹽、高溫等逆境脅迫中發揮作用，可能與紅樹植物適應潮間帶環境有關。

尤為重要的是，與隨機分組或僅關注狀態趨同的方法相比，CAAP方法在多個案例中顯示出更高的功能相關性和適應性信號強度，表明其能有效過濾中性保守氨基酸變化這一噪音，捕捉到更具功能意義的氨基酸理化性質變化。該研究首次係統提出並驗證了“氨基酸理化性質趨同”作為適應性趨同演化的潛在分子機製，豐富了領域內對分子層麵趨同現象的理解，並為今後在更廣泛物種中探索適應性演化的遺傳基礎提供了新思路和新工具。

相關代碼與方法已開源發布在GitHub平台（https://github.com/shanschen33/CAAP），供學界使用和進一步開發。該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1111/1755-0998.70052