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比較基因組學研究揭示骨鳔魚類適應輻射的分子機制
作者: 杨连东 | 2019-06-26 | 浏览量:

  具有韋伯氏器的魚類通常被稱爲骨鳔魚類,包括鼠鱚目、鯉形目、脂鯉目、鲇形目及電鳗目的所有物種,占據了全球淡水魚類的68%,是淡水魚類中物種多樣性最高的類群。骨鳔魚類的物種適應輻射被認爲與之特有的關鍵性狀密切相關。第一個關鍵性狀是骨鳔魚類的最前端幾個脊椎骨特化成具有聽覺能力的韋伯氏器,可以將魚鳔感受到的聲波傳遞到內耳,有效提高感受外界聲音的敏感性。第二個關鍵性狀是大部分骨鳔魚類具有驚嚇反應,當受到捕食者的攻擊時,骨鳔魚類皮膚中特化的杯狀細胞會釋放出警報物質信息素,相同物種的其他個體能夠快速感受到警報物質並逃離。驚嚇反應對骨鳔魚類的適應輻射起到了重要作用。雖然驚嚇反應80多年前就被奧地利諾貝爾獎獲得者Karl von Frisch發現,並且在自然界100多種魚類中得到印證,但是,對于骨鳔魚類驚嚇反應的分子機制並不清楚。     

  为了探讨上述科学问题,中國科學院水生生物研究所何舜平研究员团队与耶鲁大学Thomas J. Near教授合作攻關,在Communications Biology發表了題爲Expansion of vomeronasal receptor genes (OlfC) in the evolution of fright reaction in Ostariophysan fishes的研究論文,回答了爲什麽骨鳔魚類具有驚嚇反應的科學問題,表明了信息素受體基因(OlfC)在骨鳔魚類中的顯著擴增與驚嚇反應的密切相關性。 

  研究人員通過比較分析斑馬魚、溝鲶、墨西哥脂鯉、電鳗等7種骨鳔魚類和鳕魚、紅鳍東方鲀、羅非魚、三刺魚等6種非骨鳔魚類的全基因組序列,發現OlfC基因家族在骨鳔魚類中發生了特異的擴張。系統發育結果表明,OlfC亞家族9基因僅在具有驚嚇反應的骨鳔魚類中特異增加。主成分分析和系統發育邏輯回歸分析均顯示這13種魚類按照驚嚇反應的有無分成兩類,而不是根據系統發育關系的遠近分類。進一步利用驚嚇反應發生前後的斑馬魚嗅粘膜轉錄組分析發現,驚嚇反應發生後,OlfC亞家族9基因的表達量均發生了減少,可能是對警報物質信息素的即時響應。此外,特異擴增的OlfC亞家族9基因受到強烈的正選擇作用。這些結果表明信息素受體基因家族的特異擴張對骨鳔魚類的驚嚇反應具有重要的作用。 

 

  本研究工作由水生所助理研究員楊連東等人完成,水生所爲第一完成單位,水生所何舜平研究員與耶魯大學Thomas J. Near教授爲共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金,先導專項B以及中國科學院水生生物研究所的资助。 

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