面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

首頁 > 科研進展

比較基因組學揭示海洋最深魚類嗅覺的適應性進化

2019-12-31 水生生物研究所
【字體:

語音播報

  深海作爲地球表面最後未被人類大規模進入或認知的空間,約占地球表面積的65%。海鬥深淵(6000 -11 000m)是地球上最不爲人知的生態系統,具有高壓、溫差巨大、終年無光、食物匮乏等特殊極端條件,是常規生命形式的禁區。但在海鬥深淵中仍有魚類生存,其中以最深的馬裏亞納海溝命名的馬裏亞納獅子魚是目前所發現的最深的脊椎動物,達到8100m。令人驚奇的是同很多長相古怪、通常具有巨大的嘴和牙齒的深海魚不同,馬裏亞納獅子魚體長小巧,呈淡粉紅色,泳姿優雅。盡管研究人員在基因組層面上對馬裏亞納獅子魚深淵適應性的分子機理進行了解析,仍有很多影響其在深淵生態環境中生存和繁衍的秘密有待挖掘。

  嗅覺在魚類的生存和繁殖中具有重要的作用,魚類通過精密調節的嗅覺系統識別並分辨水中衆多的化學信息,爲食物定位、危險躲避、親緣識別及生殖洄遊等行爲提供至關重要的信息。不同嗅覺信息由鼻腔嗅粘膜上表達不同嗅覺基因的神經核識別。研究表明動物嗅覺基因家族的進化與其生存環境下的生態需求密切相關。例如,功能嗅覺基因的數目會隨水生和陸生環境的不同、食性的轉變、功能依賴性的改變而産生適應性的變化。馬裏亞納獅子魚可以迅速地被投放的誘餌所吸引,表明嗅覺在覓食中具有重要的功能。馬裏亞納獅子魚在深淵的生態環境中屬于捕食者,位于食物鏈的頂端,但在物種豐度和數量貧乏的深淵環境中,只能專一的以少數幾種甲殼類生物爲食。因此其對嗅覺功能的依賴性可能會由于單一的食性而減弱。另外,由于生活在黑暗無光的環境,其視覺發生了褪化,因此其嗅覺也存在爲補償視覺的退化而增強的可能。

  为了探讨上述科学问题,中國科學院水生生物研究所研究员何舜平团队查找并注释了9種魚類的嗅覺受體(OR)和痕量胺受體(TAAR)基因家族,通過重點對比馬裏亞納獅子魚與淺海近緣物種細紋獅子魚之間的差異,發現馬裏亞納獅子魚的OR基因家族發生了大量的丟失,並伴隨著很高比例的假基因化。而TAAR基因家族基因的數目基本不變。系統發育分析結果顯示馬裏亞納獅子魚和細紋獅子魚嗅覺基因家族具有很高的保守性。同細紋獅子魚相比,馬裏亞納獅子魚OR基因家族的亞家族中的OR基因數目明顯減少,TAAR基因家族的亞家族數目發生減少,但亞家族中的TAAR數量增加。盡管馬裏亞納獅子魚OR亞家族普遍是收縮的,仍發現有個別亞家族發生擴張,這種亞家族間獨立的演化曆程反映了不同OR亞家族基因在深淵生態環境中面臨獨立的選擇壓力。進一步的演化選擇壓力的分析顯示,OR基因家族在馬裏亞納獅子魚中發生了松弛選擇,其功能依賴性降低。而TAAR基因家族則受到正向選擇作用,這表明TAAR基因在馬裏亞納獅子魚適應深淵生態環境中仍具有重要的作用,符合其能夠迅速感知動物腐敗後釋放的胺的現象。這項研究首次揭示了馬裏亞納獅子魚在占據深淵環境中嗅覺發生了簡單但專一的適應性演化曆程,爲進一步了解深淵中生物的生態適應性提供了重要的科學積累。

  這一研究結果,近日發表在GENES 雜志。研究工作由水生所博士生姜海峰等人完成,通訊作者爲何舜平,研究得到國家科技攻關計劃和國家自然科學基金的資助。

  論文链接

馬裏亞納獅子魚在誘餌處攝食甲殼類

9種魚類嗅覺受體基因(ORs)構建的系統樹

9種魚類痕量胺受體基因(TAARs)構建的系統樹

馬裏亞納獅子魚和細紋獅子魚ORTAAR基因家族數目比較

打印 責任編輯:葉瑞優

© 1996 - 中國科學院 版权所有 京ICP備05002857號 京公網安備110402500047號

聯系我們 地址:北京市三里河路52号 邮编:100864