《水生所揭示骨鳔鱼类适应辐射的分子机制》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 陈方
  • 发布时间:2020-04-08
  • 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。

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    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
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    • 温度是影响生物生存、繁殖和分布的重要因素。在极端寒冷的环境下,一些恒温脊椎动物采取冬眠的方式,而无法调节体温的变温脊椎动物如南极冰鱼可通过产生抗冻蛋白的方式避免体液结冰。而有种不常见的生存策略是忍受体液的结冰,例如分布在北美的木蛙在冬天时会冻成“冰块”,春天时又能融化复苏。虽有较多关于结冰耐受的机制研究,但这种复杂的适应性进化的遗传基础尚不清楚。   中国科学院水生生物研究所研究员何舜平团队对已知唯一具有结冰耐受能力的鱼类葛氏鲈塘鳢(Perccottus glenii)以及其近缘但不具有耐寒能力的海南新沙塘鳢(Neodontobutis hainanensis)开展了比较基因组、转录组和代谢组学分析。研究发现,葛氏鲈塘鳢与海南新沙塘鳢约在1千5百万年前分化,葛氏鲈塘鳢具有更快的蛋白进化速率。    研究发现,葛氏鲈塘鳢基因组中与低代谢(如nadufaf6和atp5f1d)、细胞压力反应(如shc1、oxr1、hspa12b、ercc8和ercc6l2)、细胞骨架稳定性(如kntc2、spc24、haus3、CTT complex、tppp)、抗冻保护剂的合成(如g6pc和g3pp)、跨膜转运(如aqp1、aqp3、aqp4、aqp7和glut2)以及神经传递相关基因(如adora、gabrg2、mglur5和fbxo2)发生了快速进化或特异性扩张,并进一步揭示了相关基因在结冰前期、结冰期和复苏期的表达调控模式,这些基因的适应性变化可能在葛氏鲈塘鳢结冰耐受中发挥重要作用。同时,代谢组学分析揭示了与抗氧化应激反应有关的多种代谢物的含量变化并发现了多种糖类、醇和氨基酸可能是葛氏鲈塘鳢的抗冻保护剂(图1)。   上述研究为剖析变温脊椎动物结冰耐受适应的分子机制提供了证据,并为医学上的抗冻保护剂研发以及解析人类神经相关疾病如抑郁症等疾病的致病机理提供了参考。相关研究成果在线发表在Molecular Biology and Evolution上。
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    • 来源专题:转基因生物新品种培育
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    • 发布时间:2022-12-07
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