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

  • 遵义会议精神:自伟大事件孕育而生

  • 今年秋粮增产已成定局

独家策划

推荐阅读
山西近三万古建筑文物中,被列为国家级、省级文物保护单位的不到3%。此次受暴雨灾害影响较为严重的,绝大部分为低级别和未定级文物。达到比较严重状况的有 750 处,其中 84%为市、县级“低保”和未定级不可移动文物。
2021-10-21 09:39
据英国剑桥大学官网19日报道,该校科学家在最新研究中再次发现,底夸克衰变成电子和缪子的频率并不相同,这违背了粒子物理学标准模型,为我们发现新物理学提供了佐证。实际上,今年3月,欧洲核子研究中心的科学家也发现了类似现象。
2021-10-21 09:46
记者近日从哈尔滨工业大学获悉,该校材料科学与工程学院周玉院士团队李保强教授课题组与浙江农林大学孙庆丰教授、李彩彩副教授等人首次将钌(Ru)与富含空位的碳点(CDs)结合,构建了钌/富空位碳点电催化剂(Ru@CDs),并揭示了强电子结合提高电催化析氢活性机制。该材料有效地拓宽了碳点的应用范围,为新型高效析氢电催化剂设计提供了新思路。
2021-10-21 09:44
在影像设备引导下,将两根电极针插入肝脏肿瘤边缘,通过瞬间发射数万伏高压脉冲,在细胞膜上进行穿孔,跨膜入核,使癌细胞迅速凋亡……10月14日,郑州大学第一附属医院(以下简称郑大一院)超声介入科主任董刚安全完成了第105台纳秒刀手术。
2021-10-21 09:44
“全球新一轮科技革命和产业革命深入推进,5G与工业互联网的加速融合将为经济发展注入新动能。”10月15日,在2021世界数字经济大会暨第十一届智博会主论坛上,中国工业互联网研究院院长鲁春丛发表主题演讲时如是说。
2021-10-21 09:41
随着信息科技的发展,“5G”时代的到来,网络与人们的生活息息相关。但网络在带来便利的同时,也存在不少陷阱与隐患。正在陕西西安举办的“2021国家网络安全宣传周”上,与会专家就如何筑牢网络安全防线,维护广大人民群众利益,各抒己见;参会的上百家相关企业,也带来不少先进技术和前沿产品,全力为智能时代保驾护航。
2021-10-21 09:41
英国《自然·通讯》杂志20日发表了一项细胞生物学最新成果,德国科学家在哺乳动物细胞中展开概念验证研究,发现在病毒表面帮助它们进入目标细胞的糖蛋白,可能促进了神经退行性疾病中蛋白聚合物的扩散。
2021-10-21 09:38
超导的核心原理是电子形成对。但它们也能凝聚成“四人组”吗?最新研究结果表明它们可以。瑞典物理学家20日在《自然·物理学》杂志发表了关于这种四倍效应和这种物质状态发生机制的第一个实验证据。
2021-10-21 09:37
通过破译免疫反应背后的细胞迁移机制,瑞士日内瓦大学(UNIGE)和德国慕尼黑大学(LMU)的科学家们已经证明,免疫系统的激活取决于时间并受到生物钟影响。
2021-10-21 09:37
中国工程院院士汤广福认为,随着新能源装机、电量占比不断提升带来的量变,将逐步引发电力系统在物理形态和技术框架上产生本质性变化,从而使得新型电力系统呈现出区别于传统电力系统的一些显著特征,可以概括为“四化”,即:电力电源清洁化、电力系统柔性化、电力系统数字化、电力系统电力电子化。
2021-10-21 09:36
继嵩山实验室、神农种业实验室后,河南第三家省实验室——黄河实验室,20日上午在郑州正式揭牌。河南省委书记楼阳生、省长王凯出席揭牌仪式。楼阳生指出,组建黄河实验室是落实重大国家战略的先遣之举,是加快经济转型升级的必由之路,是推动河南科技创新的重大举措,是探索体制机制创新的必然选择。
2021-10-21 09:35
目前,秋收已进入尾声,各地正在紧张有序地开展秋冬种。“全年粮食产量将再创历史新高,连续7年保持在1.3万亿斤以上。
2021-10-21 09:32
锁定重大产业方向,设立以头部企业为依托的开放创新平台,让他们在国家人工智能创新体系中发挥引领作用,是国家新一代人工智能开放创新平台设立的关键诉求。
2021-10-21 09:31
近日,浙江省向社会公布379项免费开放许可专利,企业无需缴纳任何费用就能使用这些专利,使用期限在1年到5年不等。此举是我国自去年修订《中华人民共和国专利法》后,在引入专利许可制度基础上的一次加码创新。
2021-10-21 09:30
)“九章”量子计算原型机,“嫦娥五号”和“奋斗者”号全海深载人潜水器等国之重器,VG70呼吸机等一批科技抗疫成果,国家速滑馆(冰丝带)和国家跳台滑雪中心模型……10月20日,记者从科技部获悉,以“创新驱动发展迈向科技强国”为主题的国家“十三五”科技创新成就展将于10月21日—27日在北京展览馆举行。
2021-10-21 09:28
时隔30年,最大真盔甲鱼类漫游憨鱼再次现身云南曲靖“古鱼王国”。10月20日,记者从中国科学院古脊椎动物与古人类研究所获悉,该所研究人员通过对4.2亿年前无颌类盔甲鱼漫游憨鱼新材料研究发现,漫游憨鱼具有与现生魔鬼鱼一样的腹面鳃孔,可能漫游于具有泥沙质基底的平坦海底,在安静滨海环境中,以滤食海底有机碎屑为生。
2021-10-21 09:28
当今世界,“不确定性”成为一种常态,伴随着此起彼伏的疫情,在这个瞬息万变的世界,身处竞争白热化家电行业的海信,究竟坚持了哪些“确定性”,从而实现了可持续增长?
2021-10-20 22:00
20日上午,从奥林匹克运动发祥地成功采集的奥运火种,在独具中国文化特色的火种灯的“护送”下顺利抵达北京,即将再一次在长城内外展示传递。北京冬奥会火炬设计者李剑叶表示,火种灯的造型灵感来自“中华第一灯”——西汉长信宫灯,借“长信”之义,表达人们对光明与希望的追求和向往。
2021-10-21 09:29
青藏高原多年冻土发生了显著退化,表现为地温升高、活动层厚度增大、多年冻土层厚度变薄、长期被埋藏的地下冰缓慢融化。
2021-10-20 09:32
加载更多