2020年9月25日，《細胞》旗下iScience雜誌發表西藏自治區農牧科學院（以下簡稱西藏農科院）水產科學研究所所長牟振波團隊最新成果。
他們繪製完成了世界上首個染色體水平的高原特有典型四倍體魚類——異齒裂腹魚的基因組圖譜，為其他高原魚類進化、基因組多倍化和極端環境適應性研究提供了重要的信息和參考。
牟振波告訴《中國科學報》，過去5000萬年間，青藏高原一直處於隆升過程，並伴隨著極端地質運動和氣候變化。這使得青藏高原成為了研究高原環境下動物進化和適應機制的「天然實驗室」，也是全世界生物學家關注的熱點區域。
魚類相對於陸生生物而言，更容易受到地質變化和氣候波動下的水生態環境的影響，因此高原特色魚類是研究高原環境下生物進化、物種形成和適應性機制良好的生物材料。然而，目前高原生物進化和適應性研究主要集中在人類、動物和植物等陸生生物。
「裂腹魚亞科隸屬鯉形目、鯉科，是隨著青藏高原的隆升而出現的特化類群，屬青藏高原魚類三大類群之一。在中國有70多種，佔世界的80%以上，主要分布在青藏高原及其鄰近地區的湖泊和河流中。裂腹魚亞科大多數為四倍體或六倍體，因此，裂腹魚是研究多倍體魚類和高原適應性機制的重要材料。異齒裂腹魚是青藏高原雅魯藏布江中分布量最大、對生態環境最重要的一種裂腹魚。」論文通訊作者、西藏農科院研究員劉海平說。
劉海平研究員在雅魯藏布江進行採樣和資源調查 西藏農科院供圖
研究團隊在獲得了染色體級別的基因組序列後，對基因組進行了深入分析。論文第一作者肖世俊介紹，研究發現，異齒裂腹魚在大約123萬年前發生了全基因組複製，目前複製後的二套染色體之間序列的一致性高達95%以上，但是它們之間存在大量的重複序列插入。
進一步研究發現，這些重複序列的插入，不僅形成了再二倍化的初步序列特徵，而且影響了附近基因的表達模式，導致了基因表達和功能的再二倍化。同時，與DNA修復、葉酸吸收代謝和能量平衡相關的基因受到了顯著的自然選擇，這可能促動了異齒裂腹魚的高原適應性的形成。
劉海平說，異齒裂腹魚全基因組複製的時間與末次冰期青藏高原加速隆起時間一致，進一步體現了異齒裂腹魚基因組對於研究高原特色魚類進化和高原地理氣候演化關係的重要性。
值得注意的是，與目前已經報導的其他多倍體魚類不同，異齒裂腹魚是迄今為止發現的較年輕的自然多倍體魚類，這為科學家們提供了研究多倍體基因組早期進化和再二倍化非常珍貴的材料。該研究是青藏高原魚類基因資源開發、利用和保護研究的重要進展。
中國科學院院士、中科院水生生物研究所研究員桂建芳評價道：「多倍體魚類不僅是重要的育種材料，而且在極端自然環境下魚類進化、物種形成和適應性方面發揮了重要的作用。該研究對於闡釋青藏高原裂腹魚多倍化與其環境適應性有非常重要的意義。」
中國農業科學院國際家畜研究所研究員韓建林對《中國科學報》說：「青藏高原的生物資源為生物進化和育種研究提供了寶貴的研究資源。異齒裂腹魚基因組的公布和挖掘，揭示了青藏高原四倍體魚類的進化和早期再二倍化的基因組特徵，填補了國際上青藏高原多倍體魚類基因組研究的空白。」
西藏農科院水產科學研究所為該研究第一完成單位，武漢理工大學、華中農業大學、西南大學、大連海洋大學和吉林農業大學共同完成。西藏農科院肖世俊博士和範丁丁為本文的第一作者。上述研究工作得到了西藏自治區財政專項資金、國家自然科學基金等項目的資助。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101497
來源：小柯生命