普鲁士鲤鱼完整基因组破案：精子被“用完即抛”的孤雌生殖

普鲁士鲤鱼被认为是欧洲最成功的入侵鱼类之一。它的无性繁殖能力使它比其他鱼类更有优势。一个国际研究小组现在首次成功地描述了普鲁士鲤鱼的完整基因组。这也让我们更好地了解它独特的繁殖方式。这项研究由奥地利因斯布鲁克大学湖沼学研究部的Dunja Lamatsch领导，发表在《自然通讯》杂志上。

　　

   

   

普鲁士鲤鱼主要通过孤雌生殖繁殖。所产生的后代是雌性的克隆体。    

 

普鲁士鲤鱼(Carassius gibelio)，原产于亚洲，在欧洲是入侵物种。它是金鱼的近亲，并与濒危的本地鲫鱼争夺同一栖息地。然而，金鱼和本地鲫鱼通常都是有性繁殖，而普鲁士鲤鱼有一个主要的进化优势:孤雌生殖。

但是，雌性普鲁士鲤鱼却占用了雄性鲫鱼或其他鲤鱼的精子，然后再丢弃它们。

被劫持的精子刺激普鲁士鲤鱼的卵细胞分裂。然后雄性的遗传物质在卵细胞中被分解而不被利用。这被称为依赖精子的孤雌生殖，或处女生殖。所有通过这种方式产生的后代都是普鲁士鲤鱼雌性的克隆体。因此，大多数普鲁士鲤鱼种群都是雌性，雄性很少出现。

奥地利蒙德塞因斯布鲁克大学湖沼学研究部的Dunja Lamatsch解释说:“单性繁殖或纯雌性繁殖能够快速在新的栖息地定居，并为入侵物种提供了比原始竞争对手更大的优势。”她的研究重点是研究水生生物的单性生殖机制。

在Lamatsch发起的一项研究中，她和一个国际研究团队能够完全解码普鲁士鲤鱼的基因组。因此，它单性繁殖背后的机制现在可以更好地理解。

杂交产生新物种

一个有机体的全部可遗传信息，即基因组，被分为不同的染色体组。有性繁殖的动物通常有一组双(二倍体)染色体。为了繁殖，雌性和雄性的染色体被分成生殖细胞(减数分裂)，一次只有一组(单倍体)染色体被传递。一个单倍体卵子和一个单倍体精子的融合最终恢复了一个二倍体生物体。

然而，在近缘物种的减数分裂或杂交过程中反复发生的事故导致了生物拥有2套以上的染色体(多倍体)。多倍体高等脊椎动物无法存活，但鱼类、两栖动物和爬行动物可以。即使是新的物种也可以这样进化，比如普鲁士鲤鱼。

单性的起源

普鲁士鲤鱼是六倍体，这意味着它有六组染色体。其中四种是通过与不相关的鱼类杂交而得到的，另外两种是通过与一种近亲鱼类杂交而得到的。

“据推测，在这些交叉过程中的某个时刻，配子的形成出现了问题。这可能是单性繁殖的诱因之一，”Lamatsch解释道。“在孤雌生殖的物种中，减数分裂失败，配子融合不再是必要的。”

通过与柏林莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所(IGB)和Würzburg大学的研究小组合作，有可能将普鲁士鲤鱼的基因组分解为单个染色体组。这是首次对六倍体动物的全部遗传信息进行描述，并对所有六组染色体进行分析。普鲁士鲤鱼的基因组共有150条染色体，是人类基因组的三倍多。

这些分析揭示了这六组染色体是如何共存和共同工作的。对全部150条染色体的鉴定使人们第一次有可能了解普鲁士鲤鱼的整个基因组结构及其复杂的进化史。这就为入侵鱼类带来了更多有趣的研究问题。

无独有偶，入侵物种三倍体大理石纹螯虾（小龙虾）也具备孤雌生殖能力。自我复制是一种短期高效、长期命数未知的进化路线。目前已知的越来越多的孤雌生殖物种的威力不容小觑，接下来，这些新星物种在历史长河中如何演化，科学家仍将继续关注。

Equilibrated evolution of the mixed auto-/allopolyploid haplotype-resolved genome of the invasive hexaploid Prussian carp