水生所揭示鱼类摄食习性偏好机制及其适应性代谢策略

　　

鱼类为了适应复杂多变的生存环境，进化出多样化的摄食习性。在长期进化过程中，鱼类的食性依据摄食偏好，逐渐分化为肉食性、草食性和杂食性等。最近的研究揭示了嗅觉和味觉器官在鱼类摄食偏好中的作用。但人们对鱼类摄食偏好及其相应代谢策略的遗传基础、生理响应等仍知之甚少。因此，揭示鱼类摄食偏好的遗传基础及其适应性代谢策略将为解析鱼类摄食习性和代谢的进化提供重要基础。

长吻鮠（Leiocassis longirostris Günther）是分布于长江水系为主的高价值经济鱼类，整个生活史阶段都是典型的肉食性鱼类，其代谢特征是蛋白需求高、糖利用能力低。草鱼在仔鱼阶段是肉食性，到幼鱼阶段逐渐转变为草食性，是研究鱼类从肉食性向草食性的食性转变机制的理想模型。中国科学院水生生物研究所鱼类生理生态学研究团队前期发现，草鱼和长吻鮠在营养物质代谢中差异显著，草食性草鱼相较于肉食性长吻鮠，在消化、吸收、转运等代谢过程中展现出更强的糖利用能力，如草鱼淀粉酶活力是长吻鮠淀粉酶活力的20~80倍（Su et al. 2020;Su et al. 2021）。但是鱼类摄食偏好和代谢特征的关联机制及其遗传基础仍不明确。

基于此，研究团队采用第三代Nanopore测序技术结合Hi-C辅助组装技术，成功完成了长吻鮠的全基因组测序。对长吻鮠和草鱼进行比较基因组学分析后，通过正选择和快速进化的联合分析鉴定出包括味觉受体1型成员3（tas1r3）、胰蛋白酶（trypsin）等250个基因。相对于草鱼，长吻鮠的收缩、扩张、正选择和快速进化基因分析结果表明，肉食性长吻鮠表现出显著的摄食偏好（tas1r3-calhm-cck信号）和相应的蛋白代谢特征（trypsin-lap3-cars2信号），草食性草鱼则以糖代谢途径（slc2a9-ppp1r3g-chrebp信号）为主。进一步研究发现，tas1r3基因在肉食性鱼类对食物的选择中起到关键作用。分别在tas1r3基因缺失的斑马鱼、肉食性向草食性转换的草鱼模型中，证实了tas1r3基因对肉食性鱼类摄食偏好的必要性。在此基础上，对肉食性长吻鮠和大口黑鲈、草食性草鱼和团头鲂分析结果表明，胰蛋白酶活性及营养物质代谢特征谱的显著变化伴随着鱼类摄食食性的改变，进一步证实了鱼类摄食选择与相应代谢策略的密切关联。

长吻鮠和草鱼的比较基因组分析：摄食偏好与相应代谢途径

研究揭示了鱼类摄食偏好与代谢策略之间的保守适应性，为理解鱼类摄食习性和代谢的进化提供了重要支撑，也为鱼类食性转换的营养学、遗传学操作提供了重要基础。

该研究成果以“The Chinese longsnout catfish genome provides novel insights into the feeding preference and corresponding metabolic strategy of carnivores”为题发表于Genome Research（2024,34: 981-996）。水生所刘雨龙博士、翟刚副研究员、宿敬志博士为论文共同第一作者，水生所韩冬研究员、解绶启研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划课题（2023YFD2400605,2022YFD2400900）等的资助。

论文链接：https://www.genome.org/cgi/doi/10.1101/gr.278476.123