海洋所在魚類快速淡水適應(yīng)性演化機(jī)制研究中取得新進(jìn)展
近日,國際學(xué)術(shù)期刊Molecular Biology and Evolution在線刊發(fā)了中國科學(xué)院海洋研究所劉進(jìn)賢研究團(tuán)隊關(guān)于魚類快速適應(yīng)淡水生境的遺傳學(xué)機(jī)制研究最新成果。該研究從基因組層面揭示了魚類快速適應(yīng)淡水生境的遺傳學(xué)基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)了固有遺傳變異在面臨環(huán)境變化的種群適應(yīng)性演化中的重要性,為深入探討生物復(fù)雜性狀快速適應(yīng)性演化的分子機(jī)制提供了新的參考。
解析適應(yīng)性演化的遺傳機(jī)制是分子生物學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。盡管生物表型能夠快速演化以響應(yīng)環(huán)境變化,但其在基因組水平的分子機(jī)制仍不夠明晰。魚類從海洋遷移到淡水環(huán)境的適應(yīng)過程通常涉及多個高度多基因控制的性狀,因此淡水適應(yīng)的平行演化體系是解析復(fù)雜表型適應(yīng)性演化遺傳機(jī)制的理想系統(tǒng)。
劉進(jìn)賢研究團(tuán)隊以短吻新銀魚(Neosalanx brevirostris)的祖先洄游種群及其衍生淡水定居種群為研究對象,采用群體基因組學(xué)的研究方法,通過比較兩種生態(tài)型之間的基因組差異,探討了魚類淡水定居種群快速淡水適應(yīng)這一復(fù)雜性狀的遺傳學(xué)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)長江水系內(nèi)不同陸封地理種群之間具有獨立的遺傳關(guān)系,構(gòu)成了一個平行的獨立淡水適應(yīng)系統(tǒng)(圖1)。進(jìn)一步的研究證實快速平行淡水適應(yīng)遵循復(fù)雜的多基因遺傳結(jié)構(gòu),并且在全基因組層面上表現(xiàn)出平行性,其適應(yīng)過程主要通過選擇固有的遺傳變異位點來實現(xiàn)(圖2)。在祖先長江口種群中,適應(yīng)性遺傳變異的頻率呈現(xiàn)中等水平,表明該種群已經(jīng)在波動的河口生境中預(yù)先適應(yīng)了低鹽環(huán)境,從而顯著加快了平行淡水適應(yīng)發(fā)生的速度。在平行淡水適應(yīng)的過程中,一些適應(yīng)性相關(guān)SNP的等位基因頻率發(fā)生了較大變化,其中大部分淡水有利等位基因處于固定或接近固定狀態(tài)。這些適應(yīng)性SNP關(guān)聯(lián)滲透壓調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)、運動、代謝等多種生物學(xué)相關(guān)功能基因,與兩種生態(tài)型之間涉及多種復(fù)雜生理和行為性狀的適應(yīng)性分化多基因結(jié)構(gòu)高度一致。

圖1?短吻新銀魚采樣地圖(A)、種群遺傳多樣性(B)與遺傳結(jié)構(gòu)(C、D、E)

圖2?候選離散SNP(A、B)和候選協(xié)變SNP(C、D)的特征及其與中性預(yù)期數(shù)量間的統(tǒng)計學(xué)差異顯著性
中國科學(xué)院海洋研究所楊昊博士和李玉龍副研究員為論文共同第一作者,邢騰飛特別研究助理參與了本項目研究,上海市水生野生動植物保護(hù)研究中心吳建輝、王婷以及太湖漁業(yè)管理委員會朱明勝協(xié)助開展了樣品采集工作,劉進(jìn)賢研究員為論文通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金項目的資助。
論文信息:
Hao Yang#, Yu-Long Li#, Teng-Fei Xing, Jian-Hui Wu, Ting Wang, Ming-Sheng Zhu, Jin-Xian Liu*. Genome-wide Parallelism Underlies Rapid Freshwater Adaptation Fueled by Standing Genetic Variation in a Wild Fish. Molecular Biology and Evolution, 2025, msaf160, https://doi.org/10.1093/molbev/msaf160
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