具有韦伯氏器的鱼类通常被称为骨鳔鱼类,占据了全球淡水鱼类的68%,是淡水鱼类中物种多样性最高的类群。骨鳔鱼类的物种适应辐射被认为与之特有的关键性状密切相关,比如骨鳔鱼类的最前端几个脊椎骨特化成具有听觉能力的韦伯氏器,有效提高感受外界声音的敏感性;大部分骨鳔鱼类具有惊吓反应。惊吓反应对骨鳔鱼类的适应辐射起到了重要作用。虽然惊吓反应80多年前就被奥地利诺贝尔奖获得者Karl von Frisch发现,并且在自然界100多种鱼类中得到印证,但是,对于骨鳔鱼类惊吓反应的分子机制并不清楚。
中国科学院水生生物所何舜平研究员团队与耶鲁大学Thomas J. Near教授合作攻关,于2019年6月21日在Communications Biology发表论文回答了为什么骨鳔鱼类具有惊吓反应的科学问题,表明了信息素受体基因(OlfC)在骨鳔鱼类中的显著扩增与惊吓反应的密切相关性。研究人员通过比较分析斑马鱼、沟鲶、墨西哥脂鲤、电鳗等7种骨鳔鱼类和鳕鱼、红鳍东方鲀、罗非鱼、三刺鱼等6种非骨鳔鱼类的全基因组序列,发现OlfC基因家族在骨鳔鱼类中发生了特异的扩张。系统发育结果表明,OlfC亚家族9基因仅在具有惊吓反应的骨鳔鱼类中特异增加。主成分分析和系统发育逻辑回归分析均显示这13种鱼类按照惊吓反应的有无分成两类,而不是根据系统发育关系的远近分类。进一步利用惊吓反应发生前后的斑马鱼嗅粘膜转录组分析发现,惊吓反应发生后,OlfC亚家族9基因的表达量均发生了减少,可能是对警报物质信息素的即时响应。此外,特异扩增的OlfC亚家族9基因受到强烈的正选择作用。这些结果表明信息素受体基因家族的特异扩张对骨鳔鱼类的惊吓反应具有重要作用。