水生所与深海所研究团队深渊狮子鱼研究取得更新进展

　　

　　中国科学院水生生物研究所/深海科学与工程研究所何舜平团队2019年在英国著名自然杂志子刊Nature Ecology & Evolution（自然-生态与进化）上，发表研究论文首次揭示了超深渊狮子鱼适应极端环境的遗传基础，该文章一经发表引发广泛的报道和讨论。随着研究的深入，近日，该团队联合西北工业大学王堃教授团队又在著名刊物eLife（一区  TOP) 杂志上再发表一篇题为Chromosome-level genome assembly of hadal snailfish reveals mechanisms of deep-sea adaptation in vertebrates的研究论文，报道了深渊狮子鱼（Pseudoliparis swirei）独特的适应机制的新发现。深渊狮子鱼是目前已知在海洋中生存深度最大的脊椎动物，生活在6000至8000米的深渊环境中。该研究对深渊狮子鱼群体基因组进行了深入分析，通过比较基因组学和转录组学方法，揭示了这一物种对极端环境的独特适应机制。 

　　该研究对马里亚纳海沟深渊狮子鱼的基因组组装进行了优化，通过采用ONT长读取、BGI短读取和Hi-C测序技术，获得了染色体水平的高质量基因组组装，基因组大小为626.44 Mb，具有24条染色体。新的基因组组装填补了先前组装版本中1.26 Mb的缺失，提高了基因组的连续性和完整性。该研究利用不同海沟深渊狮子鱼基因组和线粒体基因数据对其演化历史进行了分析。研究表明，深渊狮子鱼与其近缘浅海种细纹狮子鱼（Tanaka's snailfish）约在1800万年前发生分化，而与其他生活在约1000米左右深度的深海近缘狮子鱼的分化时间约为990万年前，接近马里亚纳海沟形成的时间。该研究推测，深渊狮子鱼的祖先可能首先适应了大约990万年前形成的1000米左右的深海环境，随后逐渐适应了更深的环境。同时，系统发育分析表明它们在百万年内分散到太平洋的不同海沟。

 　　                  图 1  深渊狮子鱼的采样信息、系统发育关系和种群结构 

　　该研究还关注了深渊狮子鱼在进化过程中对黑暗的适应。相较与细纹狮子鱼，深渊狮子鱼视觉系统中多个感光相关基因发生丢失，此外，感光元件的表达水平在不同深度上也发生了显著变化，这表明其在深海环境中对视觉的需求相对较低。进一步研究发现，与节律相关的基因也发生丢失或假基因化，表明深渊狮子鱼的生物钟可能仍然存在，但不再基于光的调控。  

　　　　

                      图 2  深渊狮子鱼视觉相关基因的改变  

　　    

　　                  图 3  深渊狮子鱼基因组中节律相关基因的改变  

　　由于缺乏光线，听觉似乎对深渊狮子鱼的生存至关重要。研究发现，听觉相关基因cldnj在深渊狮子鱼基因组中拷贝数增加，该基因是耳石形成所必需的基因。转录组数据也表明深渊狮子鱼听觉相关蛋白表达量显著增加。  

　　　

                      图 4  听觉相关基因在深渊狮子鱼中拷贝数增加或高表达  

　　值得注意的是，转铁蛋白编码基因fthl27在深渊狮子鱼基因组中发生串联重复(14个拷贝)，进一步的细胞实验证明，fthl27过表达细胞内ROS水平显著降低，并具有显著更高的细胞活力。这增加了深渊狮子鱼在高静水压力下对氧化应激的耐受力，可能是其适应高压环境的重要因素之一。  

　　

                      图 5  高净水压力下分子水平和细胞水平的适应  

　　总的来说，这项研究为深海鱼类的进化和适应机制提供了深入的了解，这有助于我们更全面地理解深海生物是如何适应极端环境的，对于保护和管理深海生物资源具有一定的参考价值。  

　　中国科学院水生所/深海所何舜平研究员和西北工业大学王堃教授为该论文共同通讯作者，中国科学院深海所徐涵博士为该论文共同第一作者。  

　　论文连接：https://doi.org/10.7554/eLife.87198.3  

　　江汉大学王莹副教授和中科院水生所杨连东青年研究员对该文章发表了题为Surviving under pressure：Genomic analysis has shed light on how hadal snailfish have adapted to living at depths of several thousand metres的评论，发表于eLife杂志上。  

　　文章链接：https://doi.org/10.7554/eLife.90216