点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:鲤鱼的适应力为何如此强大
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

鲤鱼的适应力为何如此强大

来源:《中国科学报》2021-10-14 09:43

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  图中从上到下分别为:①虎皮鱼②黄河鲤③似刺鳊鮈④松浦镜鲤。 受访者供图

  ■记者 张晴丹

  在脊椎动物里,只有很少的多倍化物种。生活中常见的“四大家鱼”——青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼均是二倍体,而同属鲤科的鲤鱼则是异源四倍体,其广布全球所需的优异适应能力和丰富的表型,究竟从何而来?另外,多倍体脊椎动物是否存在趋同进化?这一问题也待解答。

  日前发表于《自然—遗传学》的一项研究中,中国水产科学研究院生物技术研究中心研究员李炯棠团队与该院黑龙江水产研究所、淡水渔业研究中心等单位合作,首次在多倍体脊椎动物中观察到亚基因组趋同进化现象,系统发现了10种表达趋异策略,解析了松浦镜鲤、黄河鲤和福瑞鲤2号的基因组结构变异及其遗传效应。

  这些成果为解释多倍体适应性进化机制提供了新见解,也为鲤鱼重要性状改良提供了新的理论依据和资源。

  组装完成二倍体祖先种和近缘种基因组

  与植物相比,脊椎动物的多倍体事件比较稀少,仅见于鲤科、鲟目、鲑科、爪蟾中。鲤鱼在全球都有分布和养殖,然而,人们对鲤鱼现代育成品种的基因组信息仍缺乏深入了解,鲤鱼身上还有太多未解之谜。

  之前研究已完成了鲤鱼全基因组序列图谱绘制。“这次,我们进一步完善了鲤鱼基因组图谱,相比以往鲤鱼基因组图谱,重要质量参数显著提升。”论文通讯作者和第一作者李炯棠接受《中国科学报》采访时表示。

  首先,鲤鱼基因组完整性、连续性显著提高,体现在gap数量急速减少,已从57939~479190下降到13694。其次,基因组锚定率从875Mb~1.3G提升到1.53G,染色体也更加完整。

  与鲤鱼同为异源四倍体的鲫鱼也是团队的研究重点,这篇论文还完善了鲫鱼基因注释,预测了48857个基因,相比之前的鲫鱼基因组注释结果,基因注释的完整性从92.3%提升到97.8%,缺失率从3.3%下降到0.8%。

  “我们研究发现,相比以往所比照的斑马鱼和草鱼,似刺鳊鮈是更接近鲤、鲫鱼的A和B两套亚基因组的共同近缘物种。包括虎皮鱼在内的鲃亚科是鲤、鲫鱼的B亚基因组祖先种。”论文共同第一作者、中国水产科学研究院助理研究员王琦在接受《中国科学报》采访时介绍。

  为更好开展后续研究,团队首次组装了近缘种似刺鳊鮈和祖先种虎皮鱼的高质量基因组,基因组锚定率分别为88.6%和86%,预测了24284个和21943个基因,缺失率仅为2%和3.6%。

  “高质量连续的基因组,是进化研究的重要前提。这次基因组的更新,为后续研究奠定了坚实的基础。”王琦说。

  打破传统认知的惊奇发现

  传统观点认为,基因组多倍化后容易发生DNA片段快速丢失、假基因化、亚基因组融合等事件,使得基因组恢复到二倍化水平,并造成亚基因组间存在结构和序列差异,这被称为趋异进化。但亚基因组的趋同进化现象,一直未被发现。

  “利用似刺鳊鮈和虎皮鱼基因组为参照系,我们发现A和B两套亚基因组在两个祖先种杂交后趋向更加相似——‘趋同’,而不是趋向差异——‘趋异’。”这些结果完全不同于传统观点的趋异情况,让研究团队感到非常新奇,这也是首次在多倍体脊椎动物中发现亚基因组趋同进化现象。

  鲤、鲫鱼的A和B两套亚基因组越来越趋向一致,那么它们是如何在进化中稳定共存的?在不同时空事件中又是如何协调发挥功能的?

  “它们之间存在着10种表达趋异策略,以更加灵活地协调时空表达调控并促进两套染色体稳定共存。”李炯棠说。

  10种表达趋异策略包括可变剪切的灵活性、亚基因组间的反式剪接事件广泛存在、表达水平下降和剂量补偿效应、共表达模式、同源基因间的表达相关性显著上升、表达主效基因、强烈的负选择压抑制同源基因功能分化、动态的功能分化、差异表达平衡、差异表达基因各行其责等。

  “其中,有趣的是,相比B亚基因组和祖先种虎皮鱼间同源基因的表达相关性,虽然A和B亚基因组来自不同祖先种,但是A和B同源基因的表达相关性显著提升。”李炯棠表示,“而且,A和B同源基因的表达还存在主次之分。”

  “在表达上如此多样化的趋异特点,使得亚基因组的动态平衡能够得以维持,才能形成稳定遗传的新物种。”王琦说。

  “这些策略让表达更具可塑性和耐受性。”李炯棠解释道,比如在一个时空里,两个基因功能是分化的;但是到了另外一个时空或者在抗病抗逆中反而不分化,变成协同状态。

  李炯棠指出,异源四倍体遗传信息加倍后,通过多种表达趋异策略,可以更加灵活地发挥彼此功能,让鲤鱼拥有强大适应能力,更加适应外界环境变化。

  为遗传改良提供靶向目标

  鲤鱼是我国最具代表性的大宗淡水养殖鱼类之一,年产量超过289万吨,有超过30种的地理品种和选育种。通过全国水产原种和良种审定委员会审定的鲤鱼新品种达20个。

  自然选择和人工选择促成鲤鱼的表型极具多样性。然而,这些表型多样性的遗传结构变异仍不清晰。

  为了摸清这一点,团队选择了中国水产科学研究院淡水渔业研究中心自主选育的新品种——福瑞鲤2号为研究材料。“福瑞鲤2号是以建鲤、野生黄河鲤和黑龙江鲤为原始亲本,经综合选育方法而培育出来的国审水产新品种,具有生长快、成活率高等优点,是稻渔综合种养的优势品种。”论文共同作者、淡水渔业研究中心研究员董在杰告诉《中国科学报》。

  为探明基因组结构变异对福瑞鲤2号性状的遗传效应,他们对松浦镜鲤、黄河鲤和福瑞鲤2号共93份种质资源进行了重测序,发现3个品种的全基因组有3.4%的区域发生了结构变异,共获得了57049657个变异位点。

  李炯棠介绍,遗传发育树表明,3个品种的鲤鱼在遗传上已经出现分化:松浦镜鲤单独构成一支,而福瑞鲤2号、黄河鲤遗传关系更近,共同构成了另一支系。此外,系统发育树显示,选育福瑞鲤2号与亲本黄河鲤在遗传亲缘关系上已独立分开,显示较为强烈的选择压。

  团队还在福瑞鲤2号中鉴定出一批受到强烈正选择的基因,包括热休克蛋白结合、蛋白翻译和新陈代谢调控基因。作为一个抗应激相关的基因家族,热休克蛋白基因在细胞及动物的成活率上发挥重要作用,这就是福瑞鲤2号不管是在北方寒冷地区还是在稻田浅水环境等逆境条件下都具有较高成活率的原因。

  “这篇论文为今后鲤鱼分子育种的开展打下了坚实基础。后续可以提高人工选育鲤鱼的生长速度、抗寒能力和成活率的遗传效应,为鲤鱼的生产实践和遗传改良提供靶向目标。”董在杰表示。

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 介绍和解读党的二十届四中全会精神

  • 两岸关系新形势学术研讨会暨清华两岸论坛在京举行

独家策划

推荐阅读
记者从在山东东营市召开的2025中日韩澳候鸟保护工作组会议上获悉:我国鸟类保护工作取得显著成效,白鹤、青头潜鸭、黑嘴鸥、中华凤头燕鸥、朱鹮等多个濒危物种种群数量实现稳定增长,2024年、2025年同步监测越冬水鸟数量连创历史调查监测新高。我国连续6年开展“清风行动”,相关违法案件数量和违法犯罪人员数量明显下降,鸟类等野生动植物非法贸易蔓延势头得到有效遏制。
2025-10-24 10:21
光明日报银川10月23日电 记者张文攀从宁夏林业和草原局获悉,多年来,宁夏始终把防沙治沙作为荒漠化防治的重点工作,荒漠化和沙化土地连续25年实现“双缩减”,率先在全国实现了“绿进沙退”的历史性转变。
2025-10-24 09:57
光明日报海口10月23日电 记者王晓樱、通讯员张阳日前从海南大学获悉,该校热带油茶研究团队在海南五指山热带雨林进行油茶种质资源收集时,发现油茶新物种——五指山油茶。研究团队进一步通过形态学比对和叶绿体基因组系统进化分析,确认这次发现的油茶为独立物种。
2025-10-24 09:55
自半导体产业诞生以来,光刻技术始终发挥着关键作用,是推动集成电路芯片制程工艺持续微缩的核心驱动力之一。彭海琳告诉记者,在芯片制造的光刻流程中,“显影”是决定图案成败的核心一步。
2025-10-24 09:54
23日22时30分,我国在文昌航天发射场使用长征五号运载火箭,成功将通信技术试验卫星二十号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-10-24 09:52
从自动化生产线到智能机器人,从大数据分析到物联网技术,从节能改造到绿色转型……当前,我国制造业进入一个更加高端化、智能化、绿色化的制造新时代。其中,推动制造业高端化、智能化、绿色化,有利于持续增强制造业核心竞争力,推动质量提升和品牌建设,不断引领产业向中高端跃升。
2025-10-24 09:51
工业和信息化部近日印发通知,部署开展城域“毫秒用算”专项行动。
2025-10-23 10:31
近日,以“先进制造”为主题的第138届广交会第一期落下帷幕。截至10月19日,境外采购商线下到会人数超15.79万人,环比增长6.3%。
2025-10-23 10:27
日前,大连理工大学科研团队研发的无人机蒙皮超薄一体化集成射频传感器挂飞成功,这标志着我国曲面天线全3D打印技术向实装应用迈出了重要一步。
2025-10-23 10:26
研究团队首次在原子尺度揭示了冰在二维下独特的“织网式”结晶过程。该成果日前发表于国际学术期刊《自然·通讯》。
2025-10-23 10:24
据农情调度,截至10月21日,全国秋粮收获近八成。
2025-10-23 10:23
科研和产业像“两张皮”,中间缺了能把成果“送上门”的人。
2025-10-22 10:17
由美国斯坦福医学院、英国莫菲尔德眼科医院、德国波恩大学等多家国际科研机构组成的团队,开发出一款视网膜下无线微芯片,成功帮助晚期老年性黄斑变性患者恢复了视力。
2025-10-22 10:15
为深切缅怀杨振宁先生,位于清华大学图书馆老馆219室的杨振宁书屋日前正式开放,与其同步启用的杨振宁档案资料库专题网站也面向全球上线发布。
2025-10-22 10:09
中国科学家研究发现,含利福特尼唑的三联方案,让幽门螺杆菌治疗有望重新回归更简便的三联方案时代,为全球幽门螺杆菌感染者带来了全新的治疗选择。
2025-10-22 10:06
10月21日,在上海淀山湖畔举办的“2025年全国青少年智能无人系统应用大赛”发布获奖名单。
2025-10-22 10:04
10月20日,记者从中国工程物理研究院北京高压科学研究中心了解到,该中心联合广东省科学院组成的研究团队,日前在广东省肇庆市德庆县发现了一处小行星撞击形成的地质遗迹——金林陨石坑。
2025-10-21 09:49
美国西雅图华盛顿大学的Grace Hendricks和同事证明,一种mRNA版本的新冠纳米颗粒疫苗在小鼠体内产生的免疫反应是标准mRNA疫苗的28倍。
2025-10-21 09:42
10月17日,中国科学院国家天文台举办“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”(AIMS)研制总结暨未来科学规划研讨会。”
2025-10-21 09:39
单日就可最多烘干稻谷5000吨。
2025-10-21 09:28
加载更多