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

  • 探访世界技能博物馆

  • 共享人工智能新未来

独家策划

推荐阅读
工业和信息化部近期印发《信息通信行业发展“十五五”规划》,提出到2030年,全面建成覆盖完善、性能领先的新一代通信网,为到2035年基本实现信息通信行业现代化奠定坚实基础。新一代通信网是以6G为代表的下一代通信基础设施,是通信、感知、计算、智能深度融合的全新网络形态。
2026-09-20 09:30
2026海洋合作发展论坛日前在山东青岛举办。论坛上发布的《中国海洋发展指数报告2026》显示,2025年中国海洋发展指数为132.3,比上年增长2.5%,海洋经济高质量发展稳步推进,海洋强国建设取得新成效。
2026-09-20 02:25
工业和信息化部、国家发展改革委等十部门18日发布《医药工业发展“十五五”规划》。规划提出,到2030年,生物医药研发应用稳居世界前列,创新驱动效能充分释放,重点领域关键核心技术实现系统性突破。
2026-09-20 02:35
赛场空域,细如发丝的光纤从指尖牵向无人机,操控手屏息凝神,稳稳控住摇杆,指尖稍一晃动,任务成败便在毫厘之间。湖畔的测试区域,学生们手握遥控器,操控自研履带车沿着岸边缓缓“散步”,在低速行进中认真打磨每一处细节。
2026-09-20 02:25
望宇登月服研制工作已攻克数十项关键技术。
2026-09-20 09:26
学术专著《医学传播学通论》由上海科技教育出版社正式出版。
2026-09-18 20:52
近期,我国北方多地进入秋季花粉高峰期。秋季致敏花粉主要来自蒿属、葎草属、豚草属、藜科、苋科等草本植物。这些植物的花并不显眼,却能产生数量庞大的花粉。
2026-09-18 10:20
一个月球上新形成的陨石坑,让研究人员有机会了解这颗离我们最近的天体的复杂地质构造。该陨石坑由发生在2024年的一次小行星撞击形成,直径约为222米,是迄今人们亲眼观测到形成过程的最大陨石坑。
2026-09-18 10:24
近日,依托中国天眼(FAST)探测数据,中国科学院国家天文台研究员韩金林领衔的FAST银道面脉冲星巡天团队发现一个轨道周期极短、目前已知总质量最轻的双中子星系统。
2026-09-18 10:23
9月17日,海南首台“华龙一号”核电机组——华能昌江核电二期项目3号机组正式投产商运。
2026-09-18 10:18
近日,农业农村部印发《全国种植业发展“十五五”规划》,明确到2030年,我国粮食综合生产能力稳步提升,守牢谷物基本自给、口粮绝对安全底线。
2026-09-18 10:17
揭秘极限制造背后的“宁德品质”
2026-09-17 11:48
在中国工程院院士张献龙带领下,华中农业大学教授王茂军课题组发现“三维基因组结构是传统DNA序列变异之外可供作物改良利用的新型靶标”,并在此基础上破译了棉花遗传的“空间折叠密码”,为拓展现有栽培棉的遗传多样性提供了新方向。
2026-09-17 09:41
近日,陈松林团队成功构建全球首个海洋硬骨鱼类综合功能与进化基因组数据库MFDB,首次系统整合了来自85种海洋硬骨鱼的89个染色体水平基因组数据。
2026-09-17 09:42
恰逢铜基高温超导发现40周年之际,复旦大学教授张远波、阮威团队与中国科学院院士、中国科学技术大学教授陈仙辉团队合作,成功制备出只含一个铜氧面的铜基高温超导体。
2026-09-17 09:40
依托中国天眼FAST超高探测灵敏度,国家天文台韩金林研究员领衔的FAST银道面脉冲星巡天团队取得重要发现,捕获一颗处于紧致轨道的双中子星系统PSRJ1856-0039。
2026-09-17 09:35
地学界认为,这种全球尺度的巨变,很可能归因于超大陆旋回。但是,是否真的存在超大陆?近日,中国地质科学院地质研究所王涛团队发表成果,证实了超大陆的存在,并将其命名为“大冈瓦纳”。
2026-09-17 09:37
日前,西湖大学未来产业研究中心周南嘉、姚远联合西湖大学医学院陶亮团队,设计出全新材料与3D打印机制,解锁了植入式全水凝胶生物电子器件。
2026-09-17 09:32
据了解,该隧道盾构段长约2.9公里,采用双洞双层结构设计。如此“大块头”的装备,推进系统配置了液压浮动支撑装置,同时还配备了高精度导向系统与管片选型系统,共同保障盾构机轻巧拐弯。
2026-09-16 10:38
当前,一场以可再生能源替代化石能源、以电动汽车替代燃油车为核心的能源革命正席卷全球。车网互动的本质,是将电动汽车从单纯的“负荷”转化为兼具“负荷”与“电源”双重属性的移动储能单元。
2026-09-16 10:38
加载更多