《Nature子刊发表深海所海斗深渊狮子鱼环境适应机制重要研究成果》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2019-04-30
  • 中国科学院深海科学与工程研究所和水生生物研究所与西北工业大学联合攻关,对生活在马里亚纳海沟7000米以下的狮子鱼开展了多方面的深入研究,在分类学上厘清了其系统地位,首次在形态上发现其适应深渊的变化,在多组学大数据分析的基础上揭示了深渊适应的遗传基础。北京时间4月15日23时许,该研究成果在线发表于英国自然杂志子刊Nature Ecology & Evolution(自然-生态与进化),题为《Morphology and genome of a snailfish from the Mariana Trench provide insights into deep-sea adaptation》。深海所为第一作者单位和第一通讯作者单位。

    深海环境的探索难度极大,近年来我国的深海探索技术取得了长足的突破,6000米以下的深海被称作海斗深渊。深海作为地球表面最后未被人类大规模进入或认知的空间,约占地球表面积的65%,蕴藏着人类社会未来发展所需的各种战略资源和能源。深海环境具有高压、温差巨大、终年无光、化学环境独特等特殊极端条件,是常规生命形式的禁区。其中最大的挑战在于极高的静力压,深度每下降十米,就增加一个大气压,在海洋最深处,可以达到一千多个大气压,相当于每一平方厘米约承受1000千克的压力。尽管环境如此恶劣,六千米以下依然发现了不少海洋生物。本研究涉及的深海狮子鱼样本于2016年底和2017年初由我国深渊科学考察船“探索一号”通过“天涯”和“海角”号深渊着陆器获得。深海所率领的考察团队,克服重重困难,使用创新的深渊生物诱捕手段,获得了珍贵的狮子鱼标本;深海所何舜平研究员团队和西北工业大学王文研究员团队和邱强研究员团队二年来通力合作、联合攻关,对狮子鱼的分类、形态和基因组学开展了全方位的研究,从形态和基因功能层面阐明了深渊鱼类的起源演化和适应机制。研究认为:由于没有阳光的照射,深渊狮子鱼通体透明;为适应高压环境,其骨骼变得非常薄且具有弯曲能力,头颅不完全封闭,肌肉组织也具有很强的柔韧性;基因组中与色素、视觉相关的基因发生了大量丢失,其中一个与骨骼钙化的关键基因也发生了假基因化;在细胞和蛋白层面,多个与细胞膜稳定和蛋白结构稳定的基因发生了特异突变,这些遗传变异可能共同造成了这一物种的奇特表型和对深渊极端环境的适应能力。该项研究得到了中国科学院先导B专项、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、西北工业大学启动基金、陕西省人才项目的资助,研究工作得到了中国科学院深海科学与工程研究所、水生生物研究所、昆明动物所、动物进化与遗传前沿交叉卓越创新中心等单位的支持。

      更多详情请关注:https://www.nature.com/articles/s41559-019-0864-8

  • 原文来源:http://www.idsse.cas.cn/sydtlb2015/201904/t20190415_5275468.html
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    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2024-01-07
    • 中国科学院深海科学与工程研究所何舜平团队2019年在英国著名自然杂志子刊Nature Ecology & Evolution(自然-生态与进化)上,发表研究论文首次揭示了超深渊狮子鱼适应极端环境的遗传基础,该文章一经发表引发广泛的报道和讨论。随着研究的深入,近日,该团队联合西北工业大学王堃教授团队又在著名刊物eLife(一区  TOP) 杂志上再发表一篇题为Chromosome-level genome assembly of hadal snailfish reveals mechanisms of deep-sea adaptation in vertebrates的研究论文,报道了深渊狮子鱼(Pseudoliparis swirei)进一步研究的新发现,深入地探讨了这一深渊类群的独特的适应机制。深渊狮子鱼是目前已知在海洋中生存深度最大的脊椎动物,生活在6000至8000米的深渊环境中。该研究对深渊狮子鱼群体基因组进行了深入分析,通过比较基因组学和转录组学方法,揭示了这一物种对极端环境的独特适应机制。 该研究对马里亚纳海沟深渊狮子鱼的基因组组装进行了优化,通过采用ONT长读取、BGI短读取和Hi-C测序技术,获得了染色体水平的高质量基因组组装,基因组大小为626.44 Mb,具有24条染色体。新的基因组组装填补了先前组装版本中1.26 Mb的缺失,提高了基因组的连续性和完整性。该研究利用不同海沟深渊狮子鱼基因组和线粒体基因数据对其演化历史进行了分析。研究表明,深渊狮子鱼与其近缘浅海种细纹狮子鱼(Tanaka's snailfish)约在1800万年前发生分化,而与其他生活在约1000米左右深度的深海近缘狮子鱼的分化时间约为990万年前,接近马里亚纳海沟形成的时间。该研究推测,深渊狮子鱼的祖先可能首先适应了大约990万年前形成的1000米左右的深海环境,随后逐渐适应了更深的环境。同时,系统发育分析表明它们在百万年内分散到太平洋的不同海沟。 该研究还关注了深渊狮子鱼在进化过程中对黑暗的适应。相较与细纹狮子鱼,深渊狮子鱼视觉系统中多个感光相关基因发生丢失,此外,感光元件的表达水平在不同深度上也发生了显著变化,这表明其在深海环境中对视觉的需求相对较低。进一步研究发现,与节律相关的基因也发生丢失或假基因化,表明深渊狮子鱼的生物钟可能仍然存在,但不再基于光的调控。 由于缺乏光线,听觉似乎对深渊狮子鱼的生存至关重要。研究发现,听觉相关基因cldnj在深渊狮子鱼基因组中拷贝数增加,该基因是耳石形成所必需的基因。转录组数据也表明深渊狮子鱼听觉相关蛋白表达量显著增加。 值得注意的是,转铁蛋白编码基因fthl27在深渊狮子鱼基因组中发生串联重复(14个拷贝),进一步的细胞实验证明,fthl27过表达细胞内ROS水平显著降低,并具有显著更高的细胞活力。这增加了深渊狮子鱼在高静水压力下对氧化应激的耐受力,可能是其适应高压环境的重要因素之一。 总的来说,这项研究为深海鱼类的进化和适应机制提供了深入的了解,这有助于我们更全面地理解深海生物是如何适应极端环境的,对于保护和管理深海生物资源具有一定的参考价值。 中国科学院深海所何舜平研究员和西北工业大学王堃教授为该论文共同通讯作者,中国科学院深海所徐涵博士为该论文共同第一作者。 论文连接:https://doi.org/10.7554/eLife.87198.3 江汉大学王莹副教授和中国科学院水生所杨连东青年研究员对该文章发表了题为Surviving under pressure:Genomic analysis has shed light on how hadal snailfish have adapted to living at depths of several thousand metres的评论,发表于eLife杂志上。 文章链接:https://doi.org/10.7554/eLife.90216
  • 《Nature子刊刊发海洋所板块俯冲样式转变最新研究成果》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2019-08-08
    •  日前,Nature子刊Nature Comminucations以Article形式刊发海洋所深海中心孙卫东课题组关于板块俯冲样式转变的最新研究论文“Continuous plate subduction marked by the rise ofalkali magmatism 2.1 billion years ago”。  在漫长的地质历史时期中,地球的板块俯冲样式随着地幔温度的降低发生过重要的转变。在地球早期,其构造样式以滞留盖型(Stagnant-lid)垂向构造体制为主,此时的板块俯冲作用多呈短暂的、间歇性的俯冲(Episodic subduction)样式。后来,随着地幔温度的逐渐降低,板块俯冲的样式转变成为现在所看到的持续性的俯冲(Continuous subduction),表现为大洋板块沿汇聚型板块边界持续性地循环至地幔中。  本世纪以来,人们对于板块构造的开始时间问题展开了一系列研究,但是关于板块俯冲样式的改变研究者甚少,而对于从间歇性俯冲向持续性俯冲的转变时间问题成果更为有限。  中国科学院海洋所深海中心孙卫东研究员,指导其博士后刘鹤,采用统计学手段处理了全球约55000件基性岩浆岩样品的地球化学数据,以全新的方法和视角对这一问题展开了深入研究。因为板块俯冲会将冷的大洋板块俯冲循环至热的地幔中,如果板块俯冲样式在地质历史时期的某一时刻从间歇性俯冲转变为持续性俯冲,其中一个重要结果就是会加速地幔的降温。刘鹤等人研究发现,21亿年前地球上开始出现大量碱性玄武岩,而碱性玄武岩的大量出现恰恰是地幔温度快速降低的结果。因此,刘鹤等人提出,持续性的板块俯冲体制开始于21亿年前。  该该文第一作者为刘鹤,通讯作者为孙卫东。 研究得到了中国科学院先导专项(XDB18020000)、国家重点研发计划(2016YFC0600408)、国家自然科学基金(41473029)等联合资助。        论文信息:  He Liu, Weidong Sun, Robert Zartman, Ming Tang, 2019. Continuous plate subduction marked by the rise of alkali magmatism 2.1 billion years ago. Nature Communications 10:3408, in press.  全文链接:  https://www.nature.com/articles/s41467-019-11329-z