您现在的位置是:首页 >新闻频道 > 新闻 > 2019-10-25 11:34:26

冰鱼基因组揭示了对极端南极环境的适应性

一个跨国研究团队成功地对南极黑鳍金枪鱼(Chaenocephalus aceratus)的基因组进行了测序,为过去7700万年进化的鱼类打开了遗传窗口,使其能够在极南极的温度下生存。

南极冰鱼是Channichthyidae科的成员。

这些“白血”生物居住在地球上最冷的海洋环境中,并且是仅有的缺少功能性红细胞和功能性血红蛋白基因的脊椎动物。

冰鱼的血液仅在物理溶液中携带氧气,因此每单位血液体积的携氧能力不到紧密相关的南极红血统类胡萝卜素鱼类的10%。

黑鳍金枪鱼以及16种公认的冰鱼物种中的其他5种也缺乏称为肌球蛋白的氧结合蛋白。

冰鱼进化出的机制似乎可以补偿这些氧结合蛋白的损失,包括相对于体型增加搏动量的巨大心脏,增强的血管系统以及线粒体密度和形态的变化。

“在人类中,此类特征通常会预示着疾病。这项研究的主要作者之一,俄勒冈大学的教授约翰·波斯特莱斯韦特说:“这些适应性改变有助于鱼类生存。”

“这些冰鱼就是查尔斯·达尔文(Charles Darwin)所说的“古代生活残骸”的例子。他们与棘背动物的祖先背道而驰,在进化过程中失去了祖先形态共有的许多特征。在极地地区的夜晚和几个月的阳光中消失的基因中,有一些与昼夜节律有关。

“在南极洲的地表温度下降了2.5摄氏度之后,冰鱼种群首次出现在上新世末期。大约7700万年前,他们已经与普通祖先背道而驰,并发展出了更适合寒冷的表型。”合著者之一的维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安斯大学研究员曼弗雷德·沙特尔教授和德克萨斯农工大学。

为了帮助研究这些极端进化适应的基因组基础,Postlethwait教授,Schartl教授及其同事对黑鳍金枪鱼的基因组进行了测序。

他们从南朝鲜半岛世宗大王站和西部布朗斯菲尔德海峡附近的不同深度收集了平均约12英寸(30.5厘米)长的黑鳍冰鱼。

除了从雌性中提取基因组DNA之外,还从12个组织(脑,眼,g,心脏,肠,肾,肝,肌肉,卵巢,皮肤,脾脏和胃)中提取RNA,以帮助了解每个器官使用的基因。

科学家绘制了30773个蛋白质编码基因的图谱,以及它们如何沿着染色体定位。

“冰鱼和其他类异戊二烯鱼类经历了基因改变,产生了抗冻蛋白以帮助它们生存-这是在1970年代发现的一种适应方法。完成的映射有助于将这一发现置于基因组环境中。”

基因组装配图和连锁图揭示了跨越长达1.1亿年的鱼(包括including鱼,欧洲鲈鱼和黑鳍鱼)中24条染色体的内容具有显着的稳定性,尤其是与同期哺乳动物的染色体变化相比期。

最大的分歧涉及冰鱼和鲈鱼的基因,表明寒冷的变化。

沙特尔教授说:“我们的结果表明,在冰鱼基因组中,参与抗冰损害保护的基因数目,包括编码抗冻糖蛋白的基因,在数量上大大增加了。”

“冰鱼是从生活在水底且没有游泳膀胱的鱼进化而来的,这种器官像我们的肺一样发育,但随后失去了与咽部的附着并充满了气体。除底部喂食器外,大多数鱼类都有一个,这有助于它们在水柱中保持位置。” Postlethwait教授说。

“当水冷却时,大多数鱼类在南极洲附近灭绝时,冰鱼便进化为占据南大洋水域。他们面临的最大挑战之一是没有泳衣就摆脱困境。”

“他们可能会限制骨骼的矿化,这是我们身体最密集的部分,并且堆积的脂质比水轻。想像一下橄榄油会漂浮在锅顶的水上,煮意大利面。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

相关文章