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

  • 北京阵雨过后见彩虹

  • 文旅新地标解锁古老敦煌新风尚

独家策划

推荐阅读
据英国《自然》网站9日报道,美国生命生物科学公司当天宣布,首次通过细胞“部分重编程”疗法,尝试让一名青光眼患者眼部受损的衰老细胞“返老还童”。
2026-06-12 09:32
一项发表于《科学》杂志的最新研究,绘制了首张全球菌根真菌“地下网络”分布图。这是继去年《自然》杂志发表菌根真菌多样性全球分析之后,科学家首次实现对其物理密度的全球可视化。
2026-06-12 09:29
斯坦福大学数学家贾里德·杜克尔·利希特曼在社交平台X上将这种现象类比为国际象棋中的“非常规开局”,认为AI有时能跳出人类长期形成的“审美与惯例”。
2026-06-12 09:28
在前不久举行的第三十四届哈尔滨国际经济贸易洽谈会上,哈尔滨工程大学智能海洋航行器技术全国重点实验室的展台前,围满了参观者。
2026-06-12 09:27
如今,智谱的大模型已经成为全球众多顶级云服务商和知名编程平台的“默认选项”之一,深受海外开发者的欢迎。如果说智谱代表了AI通用大模型在信息空间的实力,那么北京科学智能研究院则展示了AI征服物理和微观世界的强大力量。
2026-06-12 09:26
“在洞窟里,把冷光灯打开,面对着千年壁画的那一刻,所有的烦恼都会瞬间远离,觉得能近距离接触如此杰出的艺术品,是很震撼、很幸运又很幸福的事。遵循这一“笨规矩”,于宗仁组织完成了莫高窟与甘肃省内外多处壁画彩塑保护方案与实施工作,例如莫高窟千像塔彩塑保护修复、莫高窟第196窟壁画彩塑保护修复,以及麦积山石窟部分洞窟的塑像壁画保护修缮等。
2026-06-11 10:23
国际科技出版机构施普林格·自然10日发布的自然指数2026科研领导者榜单显示,中国继续保持全球第一,2024年至2025年科研产出增长22.4%,是全球十强中唯一实现两位数增长的国家。机构表现方面,自然指数显示,中国科学院整体排名位列榜首,在除健康科学和社会科学以外的5个学科领域位居第一。
2026-06-11 10:23
量子传感是一种利用量子效应进行高精度测量的新技术。量子传感可通过增加粒子数量来提高传感性能,然而这面临一个重要挑战——量子热化。“这不仅深化了人们对量子热化这一基础科学问题的认识,也为发展新一代高灵敏度量子传感器提供了新的思路。
2026-06-11 10:23
扎根智能制造一线,很多像马遵农一样的年轻人用技术创新护航制造业转型升级。如今,基于模型的系统工程等方法已应用于飞机制造的各个环节,新工艺的研发更高效、更精准、更节约。
2026-06-11 10:23
阶段扩建,计划新增一个综合舱段,让空间站整体构型从“T”字变为“十”字。从初具规模的三舱组合,到不断扩容升级,中国空间站的成长,是中国载人航天稳步发展的缩影。
2026-06-11 10:23
6月9日16时23分,朱雀二号改进型遥六运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空。
2026-06-10 09:57
6月8日,火烈鸟在盐湖湿地嬉戏,成为一道亮丽风景线。
2026-06-10 09:57
日前,长江干线首个“复式航道”在安徽土桥水道和大通水道试运行,预计每日分流200余艘上行浅吃水船舶。
2026-06-10 09:52
近年,智能除锈凝胶与高相容性的新型加固材料的研发与成功应用,分别为脆弱青铜器无损清除锈蚀病害与矿化层加固提供了创新方法。
2026-06-10 09:51
为了让更多患者在关键时刻“用得上、用得起”,一群年轻的航天人坚定踏上了国产ECMO攻关之路。
2026-06-10 09:48
作为长江、黄河、澜沧江发源地,青海多年来持续推进三江源水生生物资源保护修复,持续巩固青海省高原河湖生态屏障。据悉,此次大批量土著鱼苗放流,进一步充实了黄河上游鱼类资源储备,对修复河道生物群落、改善水域生态环境具有积极作用。
2026-06-09 09:57
记者从自然资源部中国地质调查局获悉,“海洋地质六号”船近日完成深海地质调查第16航次科考任务,在深海地质环境调查、海洋探测关键技术装备研发应用等方面取得多项成果。
2026-06-09 09:56
培育新质生产力、建设现代化产业体系,是推动经济高质量发展、夯实中国式现代化产业根基的重要任务。未来产业依托前沿技术与颠覆性创新引领发展方向,赋能传统产业与新兴产业,拓展发展边界、培育全新增长点。
2026-06-09 09:52
人工智能与数智技术的发展,无疑是当下人们最为关切的议题之一。
2026-06-09 09:50
耕地是保障粮食安全的根本。当前,我国耕地质量总体呈现稳中有升良好态势,东北黑土地保护性耕作面积持续扩大,南方酸化耕地治理和北方盐碱地改造利用均取得积极进展。
2026-06-09 09:36
加载更多