比較基因組學揭示深淵環境中魚類嗅覺的適應性進化
文章來源：撰稿/供圖：何舜平 | 發布時間：2019-12-18 | 【打印】 【關閉】
嗅覺感知作為化學感知的重要組成部分，在動物的生存和繁殖中起到重要的作用。魚類通過精密調節的嗅覺系統識別并分辨水中眾多的化學信息，為食物定位、危險躲避、親緣識別及生殖洄游等行為提供至關重要的信息。海斗深淵（>6000m）具有高壓、溫差巨大、終年無光、食物匱乏等特殊極端條件，是常規生命形式的禁區，而獅子魚這一類群在全球范圍內的海斗深淵中均有發現，說明獅子魚能夠在如此極端的環境下成功的生存和繁衍。其中馬里亞納獅子魚是目前發現的最深的脊椎動物，生存范圍可達到8100m。但是，目前尚未有關于深淵環境下魚類嗅覺的適應性進化研究報道。
動物的嗅覺基因家族的進化與其生存環境下的生態需求緊密相關。例如，嗅覺功能基因的數目的改變與水生和陸生環境的不同、食性的轉變、功能依賴性的改變等密切相關。馬里亞納獅子魚可以迅速的被投放的誘餌所吸引，表明其嗅覺在覓食中具有重要的功能。其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，其專一的以少數幾種甲殼類生物為食。另外，由于生存在黑暗無光的環境，其視覺能力發生了褪化。因此，馬里亞納獅子魚對嗅覺功能的依賴性既可能會由于特化的專一性食性而減弱，也可能會向補償視覺的退化而增強方向發生適應性進化。
為了探討上述科學問題，中科院何舜平研究員團隊查找并注釋了9種魚類的嗅覺受體（OR）和痕量胺受體（TAAR）基因家族，并重點對比馬里亞納獅子魚與其淺海近緣物種細紋獅子魚之間的差異。研究發現馬里亞納獅子魚的OR基因家族發生了大量的丟失，并伴隨著很高比例的假基因化。而TAAR基因家族基因的數目變化不大。系統發育分析結果表明，馬里亞納獅子魚和細紋獅子魚嗅覺基因家族的組成高度保守。同細紋獅子魚相比，馬里亞納獅子魚OR基因家族的亞家族數量相近，但每個亞家族中的OR基因數目明顯減少，而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。盡管馬里亞納獅子魚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進化歷程反映了不同OR亞家族基因在深淵生態環境中面臨獨立的選擇壓力。進一步的進化選擇壓力的分析顯示，OR基因在馬里亞納獅子魚中發生了松弛選擇，其功能依賴性降低。而TAAR基因則受到正選擇作用，這表明TAAR基因在馬里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后釋放的胺的現象。這項研究首次揭示了馬里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進化歷程，為進一步了解深淵中生物的生態適應提供了重要的基礎和見解。
這一研究結果，近日發表在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，研究得到國家科技攻關計劃和國家自然科學基金的資助。
深海獅子魚攝食
九種魚類嗅覺受體基因構建的系統樹
九種魚類的痕量氨受體基因構建的系統樹
深海獅子魚和潛海獅子魚嗅覺受體基因和痕量氨受體基因數量比較
Copyright © 中國科學院深海科學與工程研究所 備案證號：瓊ICP備13001552號-1
瓊公網安備 46020102000014號
地址: 三亞市鹿回頭路28號 郵編：572000 網站維護：深海所辦公室 郵箱：office@idsse.ac.cn
