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为探究鲶鱼入侵成功的进化适应性分子机制，研究人员对亚马逊帆鳍鲶（Pterygoplichthys pardalis）进行高质量基因组组装及比较基因组分析。结果揭示了其染色体进化、基因组扩张等特征。这为理解鱼类入侵机制提供依据，助力生态保护。
在神秘的水生世界里，鲶鱼家族可谓是一支庞大且多样的队伍。它们的身影遍布全球，染色体数量各不相同，与人类的关系也错综复杂。有些鲶鱼，像黄色鲶鱼和斑点叉尾鮰，成为了人类重要的蛋白质来源，在水产养殖领域发光发热；然而，也有一些鲶鱼却摇身一变，成了令人头疼的入侵物种。就拿亚马逊帆鳍鲶来说，它原产于巴西和秘鲁的亚马逊河流域，却因种种原因被引入到世界各地。这家伙适应性超强，在新环境里迅速扎根繁殖，不仅破坏当地生态系统的结构，还威胁到了本土物种的生存。在美国，它搅乱了水生食物链，减少了生物多样性；在菲律宾，它成了当地的害虫；在中国广东，它也给当地生态带来了不小的麻烦。
面对亚马逊帆鳍鲶的 “肆虐”，生态管理面临着巨大挑战。尽管之前有一些关于它的形态和生理研究，但在分子层面，人们对它的了解还十分有限。以往的分子研究大多集中在线粒体基因组分析，其初步的基因组草图也缺乏基因注释。为了揭开亚马逊帆鳍鲶入侵成功背后的分子秘密，来自内江师范学院长江上游鱼类保护与利用四川省重点实验室、中国水产科学研究院珠江水产研究所等机构的研究人员展开了深入研究。
研究人员收集了亚马逊帆鳍鲶的样本，通过一系列复杂的实验操作，对其基因组进行了全面分析。他们用到的关键技术方法主要有以下几种：首先是基因组测序技术，包括从肌肉组织提取 DNA 进行长读长测序（如 PacBio Revio 平台测序）和短读长测序（如 MGI-SEQ 2000 平台测序）；接着利用 Hi-C 数据进行染色体水平的组装；还运用多种软件进行基因注释、重复序列分析、基因家族分析等，比如 RepeatModeler、Augustus、OrthoMCLight 等软件 。
研究结果如下：
- 高质量基因组组装与注释：研究人员获得了亚马逊帆鳍鲶高度连续的基因组组装，大小为 1.58 Gb。通过 Hi-C 数据成功识别出 26 条染色体（2n=52），基因组完整性达到 96% 左右。基因注释发现了 40,485 个蛋白质编码基因，且部分基因存在近期的片段复制现象。与其他鲶鱼物种相比，亚马逊帆鳍鲶的基因组有明显的染色体重排现象，反映出鲶鱼物种间染色体进化的差异。
- 鲶鱼祖先染色体的进化历史：研究人员重建了鲶鱼祖先的 29 条染色体，其中 28 和 29 号染色体被认为是微染色体。这两条微染色体上的基因分别参与了不同的生物学过程，且在不同鲶鱼物种中的重排模式各不相同，表明微染色体的形成可能与物种形成密切相关。
- 亚马逊帆鳍鲶近期的基因组扩张：亚马逊帆鳍鲶的基因家族扩张率最高，基因组最大。研究发现其转座元件大量扩增，可能是由于近期转座序列的扩张，同时近期的基因复制事件也导致其基因数量增多。
- 亚马逊帆鳍鲶免疫系统相关基因的特异性扩增：在亚马逊帆鳍鲶的基因组中，发现了免疫球蛋白可变（Ig V）区域基因和 CD300 基因簇的扩增，这可能增强了它的免疫反应能力，使其能更好地适应不同环境。
- 分子功能的特异性变化：在亚马逊帆鳍鲶中发现了 1000 多个特定插入，这些插入与神经系统发育、细胞分化等功能相关，可能影响其神经功能和行为，以及对环境的适应性。快速进化基因（REGs）和正选择基因（PSGs）在与胶原蛋白相关的通路中富集，这与它独特的装甲皮肤形成有关。此外，Hoxb9 基因中多个正选择位点的发现，可能与它特殊的形态特征发育相关。
研究结论和讨论部分指出，该研究全面分析了鲶鱼染色体的进化历史，揭示了亚马逊帆鳍鲶基因组结构变化与入侵成功之间的潜在联系。基因组扩张、特定基因组元件的插入等变化增强了它对不同环境压力的适应性，尤其是强化了免疫系统，使其能在新栖息地茁壮成长。同时，与胶原蛋白相关基因以及发育基因的变化，也有助于它形成坚固的外部结构，适应不同生态位。这项研究虽然还需要进一步分析来直接证明这些遗传适应与入侵成功的关系，但它为鱼类染色体进化研究以及基因组结构变化在生态适应中的作用提供了宝贵的见解，让人们对亚马逊帆鳍鲶的入侵机制有了更深入的理解，也为后续的生态保护和管理工作提供了重要的理论依据。
