

比較基因組學(xué)揭示深淵環(huán)境中魚(yú)類(lèi)嗅覺(jué)的適應(yīng)性進(jìn)化
文章來(lái)源:撰稿/供圖:何舜平 | 發(fā)布時(shí)間:2019-12-18 | 【打印】 【關(guān)閉】
嗅覺(jué)感知作為化學(xué)感知的重要組成部分,在動(dòng)物的生存和繁殖中起到重要的作用。魚(yú)類(lèi)通過(guò)精密調(diào)節(jié)的嗅覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別并分辨水中眾多的化學(xué)信息,為食物定位、危險(xiǎn)躲避、親緣識(shí)別及生殖洄游等行為提供至關(guān)重要的信息。海斗深淵(>6000m)具有高壓、溫差巨大、終年無(wú)光、食物匱乏等特殊極端條件,是常規(guī)生命形式的禁區(qū),而獅子魚(yú)這一類(lèi)群在全球范圍內(nèi)的海斗深淵中均有發(fā)現(xiàn),說(shuō)明獅子魚(yú)能夠在如此極端的環(huán)境下成功的生存和繁衍。其中馬里亞納獅子魚(yú)是目前發(fā)現(xiàn)的最深的脊椎動(dòng)物,生存范圍可達(dá)到8100m。但是,目前尚未有關(guān)于深淵環(huán)境下魚(yú)類(lèi)嗅覺(jué)的適應(yīng)性進(jìn)化研究報(bào)道。
動(dòng)物的嗅覺(jué)基因家族的進(jìn)化與其生存環(huán)境下的生態(tài)需求緊密相關(guān)。例如,嗅覺(jué)功能基因的數(shù)目的改變與水生和陸生環(huán)境的不同、食性的轉(zhuǎn)變、功能依賴(lài)性的改變等密切相關(guān)。馬里亞納獅子魚(yú)可以迅速的被投放的誘餌所吸引,表明其嗅覺(jué)在覓食中具有重要的功能。其在深淵的生態(tài)環(huán)境中屬于捕食者,位于食物鏈的頂端,但在物種豐度和數(shù)量貧乏的深淵環(huán)境中,其專(zhuān)一的以少數(shù)幾種甲殼類(lèi)生物為食。另外,由于生存在黑暗無(wú)光的環(huán)境,其視覺(jué)能力發(fā)生了褪化。因此,馬里亞納獅子魚(yú)對(duì)嗅覺(jué)功能的依賴(lài)性既可能會(huì)由于特化的專(zhuān)一性食性而減弱,也可能會(huì)向補(bǔ)償視覺(jué)的退化而增強(qiáng)方向發(fā)生適應(yīng)性進(jìn)化。
為了探討上述科學(xué)問(wèn)題,中科院何舜平研究員團(tuán)隊(duì)查找并注釋了9種魚(yú)類(lèi)的嗅覺(jué)受體(OR)和痕量胺受體(TAAR)基因家族,并重點(diǎn)對(duì)比馬里亞納獅子魚(yú)與其淺海近緣物種細(xì)紋獅子魚(yú)之間的差異。研究發(fā)現(xiàn)馬里亞納獅子魚(yú)的OR基因家族發(fā)生了大量的丟失,并伴隨著很高比例的假基因化。而TAAR基因家族基因的數(shù)目變化不大。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明,馬里亞納獅子魚(yú)和細(xì)紋獅子魚(yú)嗅覺(jué)基因家族的組成高度保守。同細(xì)紋獅子魚(yú)相比,馬里亞納獅子魚(yú)OR基因家族的亞家族數(shù)量相近,但每個(gè)亞家族中的OR基因數(shù)目明顯減少,而TAAR基因家族的亞家族數(shù)目發(fā)生減少,但亞家族中的TAAR數(shù)量增加。盡管馬里亞納獅子魚(yú)OR亞家族普遍是收縮的,仍發(fā)現(xiàn)有個(gè)別亞家族發(fā)生擴(kuò)張,這種亞家族間獨(dú)立的進(jìn)化歷程反映了不同OR亞家族基因在深淵生態(tài)環(huán)境中面臨獨(dú)立的選擇壓力。進(jìn)一步的進(jìn)化選擇壓力的分析顯示,OR基因在馬里亞納獅子魚(yú)中發(fā)生了松弛選擇,其功能依賴(lài)性降低。而TAAR基因則受到正選擇作用,這表明TAAR基因在馬里亞納獅子魚(yú)適應(yīng)深淵生態(tài)環(huán)境中仍具有重要的作用,符合其能夠迅速感知?jiǎng)游锔瘮『筢尫诺陌返默F(xiàn)象。這項(xiàng)研究首次揭示了馬里亞納獅子魚(yú)在占據(jù)深淵環(huán)境中嗅覺(jué)發(fā)生了簡(jiǎn)單但專(zhuān)一的適應(yīng)性進(jìn)化歷程,為進(jìn)一步了解深淵中生物的生態(tài)適應(yīng)提供了重要的基礎(chǔ)和見(jiàn)解。
這一研究結(jié)果,近日發(fā)表在GENES 雜志 (https://www_mdpi.xilesou.top/2073-4425/10/11/910)。研究工作由博士生姜海峰等人完成,研究得到國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

深海獅子魚(yú)攝食

九種魚(yú)類(lèi)嗅覺(jué)受體基因構(gòu)建的系統(tǒng)樹(shù)

九種魚(yú)類(lèi)的痕量氨受體基因構(gòu)建的系統(tǒng)樹(shù)

深海獅子魚(yú)和潛海獅子魚(yú)嗅覺(jué)受體基因和痕量氨受體基因數(shù)量比較

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