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

  • 海河畔新空间激活夏日夜消费

  • 2026屈原故里端午诗会举行

独家策划

推荐阅读
历时8年、由全球多个机构38位科学家共同完成的一项国际研究发现,线粒体并非通过简单扩散为细胞核提供能量,而是铺设“专线”供能,即通过一种此前未知的直接物理连接将能量分子定向输送至细胞核。
2026-06-18 10:33
近日,2026年上海国际养老、辅具及康复医疗博览会落幕。本次展会直观印证,人工智能既是夯实基础养老保障的务实抓手,更是释放银发经济增长潜力的核心引擎。
2026-06-18 10:32
奇索姆不会中文,叶子不会英文,但这并没有妨碍两人在短短几分钟内就交上了朋友,她们的“秘密武器”正是人工智能(AI)。
2026-06-18 10:29
高精度感知技术如何打破实验室的“围墙”,深度融入我们的日常生活?答案,就藏在量子科技与芯片工程的交汇点——让量子“住”进芯片。
2026-06-18 10:28
如各大顶尖研究型高校一样,数学学科的全球竞争力需要长期稳定的支持,时间会证明数学研究和人才培养的后劲十足。
2026-06-18 10:24
与依赖相对固定会话管理结构的传统5G核心网络不同,新技术引入AI驱动的预测与控制能力,可根据不同业务需求实时优化会话管理、数据传输路径和服务质量,实现网络资源的动态调度。未来,团队还计划开发支持低轨卫星通信的核心网与传输网融合技术,构建融合业务、计算和网络的新一代6G核心架构。
2026-06-17 09:32
荷兰阿姆斯特丹大学医疗中心研究人员宣布,他们开展的全球首例针对遗传性疾病的体内CRISPR疗法三期临床试验取得成功。这把“剪刀”,为许多遗传性疾病患者剪开了新天地,预示着遗传病治疗或将从“延缓病情”迈向“治愈疾病”的新时代。
2026-06-17 09:28
交通运输是维系国民经济运行的重要基础,在碳排放总量中,交通运输领域占比高、减排难度大。针对水路运输降碳难题,我国正聚焦核心技术攻坚、示范船舶落地、配套体系完善,多措并举突破行业绿色转型壁垒。
2026-06-17 09:23
未来产业培育周期长、市场风险大,单一政策工具难以奏效,必须构建覆盖全生命周期、多元主体协同发力的政策矩阵。未来产业发展涉及面广、风险点多、迭代速度快,必须突破条块分割,构建集中统一、协同高效、安全可控的现代化治理体系。
2026-06-17 09:18
深海水虱是一种生活在深海的巨型甲壳动物,在缺乏稳定食物供给的情况下可存活五年之久。深海环境黑暗、寒冷、食物极度匮乏,如何克服寡营养环境对生存的威胁是深海生物面临的最大挑战。
2026-06-17 09:15
韩国首尔国立大学工程学院科学家研制出一款高性能有机发光二极管,集成了高导电性透明金属电极,透光率超过93%,有望在先进显示器等众多领域大显身手。所得器件兼具优异的透明度与电致发光性能,底层的有机层也安然无恙,充分彰显出该技术在下一代透明显示应用中的巨大潜力。
2026-06-16 09:27
《自然·医学》杂志15日报道了一种皮质内脑机接口(BCI)突破。该参与者累计使用该系统超过3800小时,共发出183060个句子(近200万词),平均每分钟56词,其中92%的句子被评定为“基本正确”或更佳。
2026-06-16 09:26
未来产业是科技创新和产业创新深度融合的产物,是技术突破催生的全新赛道,对于发展新质生产力具有先导性、引领性作用。未来产业的根基在于创新,没有源头创新,就没有未来产业的萌芽;没有持续创新,就没有未来产业的壮大。统筹科技自立自强与全球创新合作是夯实未来产业发展根基的关键。
2026-06-16 09:25
随着高密度发射成为常态,力箭一号火箭控制系统逐步实现软、硬件产品全链路自主可控。“目前,箭上配套设备缩减50%,地面设备削减80%,火箭电测周期由原来的1个月压缩到1周以内。
2026-06-16 09:23
作者:尚俊杰、王淑文(分别系北京大学教育学院副院长兼学习科学实验室执行主任、中国高等教育学会学习科学研究分会常务副理事长兼秘书长;将学习科学的研究成果深度融入AI教育系统的设计、开发与应用全过程,是提升教育质量、避免技术滥用的关键。
2026-06-16 09:22
数据显示,今年4月,中国汽车出口继续保持快速增长,同比增长超过70%,其中,新能源汽车表现最为亮眼,当月出口43万辆,环比增长16%,同比增长约110%。在海外社交媒体上爆火的“中国汽车”标签,以一种独特的方式为中国的全球气候治理贡献写下新注脚。
2026-06-16 09:17
随着人工智能技术的不断突破和应用场景的加速拓展,AI相关领域人才需求攀升将成为未来较长一段时间内劳动力需求的重要趋势特征。企业作为劳动力市场的需求主体,也应主动应对AI技术变革,推动内部数字化转型,提升生产效率。
2026-06-15 09:17
智能经济带来的技术提升,不是对传统产业的简单替代,而是通过“人工智能+”行动实现全方位赋能。面对全球人工智能治理规则正在形成的窗口期,我国既要在技术上对标一流,更应在治理上贡献智慧,助力全球AI治理变革。
2026-06-15 09:16
过了芒种,在河南省获嘉县照镜镇樊庄村,村民宋其文家里的麦田已开镰,但他不慌不忙,心里稳得很。宋其文感受到的智慧灌溉来源于水肥一体机搭载的作物高效用水智能决策系统,在那里,天空地数据持续搜集,不断优化生成实时灌溉决策方案。
2026-06-15 09:16
在率先落地的机器人、数字人营业性演出场景中,符合条件的经营主体可将机器人、数字人作为演职人员纳入管理范畴。”  北京经开区有关负责人表示,下一步将持续优化试点流程、稳步扩大试点范围,做到放而不乱、管而有序、服务到位,全力扶持新业态、培育新主体、壮大新产业。
2026-06-15 09:15
加载更多