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　　中國科學(xué)院深海所何舜平團(tuán)隊(duì)2019年在英國著名自然雜志子刊Nature Ecology & Evolution（自然-生態(tài)與進(jìn)化）上，發(fā)表研究論文首次揭示了超深淵獅子魚適應(yīng)極端環(huán)境的遺傳基礎(chǔ)，該文章一經(jīng)發(fā)表引發(fā)廣泛的報(bào)道和討論。隨著研究的深入，近日，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)王堃教授團(tuán)隊(duì)又在著名刊物eLife（一區(qū)  TOP) 雜志上再發(fā)表一篇題為Chromosome-level genome assembly of hadal snailfish reveals mechanisms of deep-sea adaptation in vertebrates的研究論文，報(bào)道了深淵獅子魚（Pseudoliparis swirei）進(jìn)一步研究的新發(fā)現(xiàn)，深入地探討了這一深淵類群的獨(dú)特的適應(yīng)機(jī)制。深淵獅子魚是目前已知在海洋中生存深度最大的脊椎動物，生活在6000至8000米的深淵環(huán)境中。該研究對深淵獅子魚群體基因組進(jìn)行了深入分析，通過比較基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法，揭示了這一物種對極端環(huán)境的獨(dú)特適應(yīng)機(jī)制。

　　該研究對馬里亞納海溝深淵獅子魚的基因組組裝進(jìn)行了優(yōu)化，通過采用ONT長讀取、BGI短讀取和Hi-C測序技術(shù)，獲得了染色體水平的高質(zhì)量基因組組裝，基因組大小為626.44 Mb，具有24條染色體。新的基因組組裝填補(bǔ)了先前組裝版本中1.26 Mb的缺失，提高了基因組的連續(xù)性和完整性。該研究利用不同海溝深淵獅子魚基因組和線粒體基因數(shù)據(jù)對其演化歷史進(jìn)行了分析。研究表明，深淵獅子魚與其近緣淺海種細(xì)紋獅子魚（Tanaka's snailfish）約在1800萬年前發(fā)生分化，而與其他生活在約1000米左右深度的深海近緣獅子魚的分化時(shí)間約為990萬年前，接近馬里亞納海溝形成的時(shí)間。該研究推測，深淵獅子魚的祖先可能首先適應(yīng)了大約990萬年前形成的1000米左右的深海環(huán)境，隨后逐漸適應(yīng)了更深的環(huán)境。同時(shí)，系統(tǒng)發(fā)育分析表明它們在百萬年內(nèi)分散到太平洋的不同海溝。

　　圖 1  深淵獅子魚的采樣信息、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和種群結(jié)構(gòu)

　　該研究還關(guān)注了深淵獅子魚在進(jìn)化過程中對黑暗的適應(yīng)。相較與細(xì)紋獅子魚，深淵獅子魚視覺系統(tǒng)中多個(gè)感光相關(guān)基因發(fā)生丟失，此外，感光元件的表達(dá)水平在不同深度上也發(fā)生了顯著變化，這表明其在深海環(huán)境中對視覺的需求相對較低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與節(jié)律相關(guān)的基因也發(fā)生丟失或假基因化，表明深淵獅子魚的生物鐘可能仍然存在，但不再基于光的調(diào)控。

　　圖 2  深淵獅子魚視覺相關(guān)基因的改變

　　圖 3  深淵獅子魚基因組中節(jié)律相關(guān)基因的改變

　　由于缺乏光線，聽覺似乎對深淵獅子魚的生存至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，聽覺相關(guān)基因cldnj在深淵獅子魚基因組中拷貝數(shù)增加，該基因是耳石形成所必需的基因。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)也表明深淵獅子魚聽覺相關(guān)蛋白表達(dá)量顯著增加。

　　圖 4  聽覺相關(guān)基因在深淵獅子魚中拷貝數(shù)增加或高表達(dá)

　　值得注意的是，轉(zhuǎn)鐵蛋白編碼基因fthl27在深淵獅子魚基因組中發(fā)生串聯(lián)重復(fù)(14個(gè)拷貝)，進(jìn)一步的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，fthl27過表達(dá)細(xì)胞內(nèi)ROS水平顯著降低，并具有顯著更高的細(xì)胞活力。這增加了深淵獅子魚在高靜水壓力下對氧化應(yīng)激的耐受力，可能是其適應(yīng)高壓環(huán)境的重要因素之一。

　　圖 5  高凈水壓力下分子水平和細(xì)胞水平的適應(yīng)

　　總的來說，這項(xiàng)研究為深海魚類的進(jìn)化和適應(yīng)機(jī)制提供了深入的了解，這有助于我們更全面地理解深海生物是如何適應(yīng)極端環(huán)境的，對于保護(hù)和管理深海生物資源具有一定的參考價(jià)值。

　　中國科學(xué)院深海所何舜平研究員和西北工業(yè)大學(xué)王堃教授為該論文共同通訊作者，中國科學(xué)院深海所徐涵博士為該論文共同第一作者。

　　論文連接：https://doi.org/10.7554/eLife.87198.3

　　江漢大學(xué)王瑩副教授和中國科學(xué)院水生所楊連東青年研究員對該文章發(fā)表了題為Surviving under pressure：Genomic analysis has shed light on how hadal snailfish have adapted to living at depths of several thousand metres的評論，發(fā)表于eLife雜志上。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.7554/eLife.90216