鲤鱼|鲤鱼的适应力为何如此强大
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图中从上到下分别为：①虎皮鱼②黄河鲤③似刺鳊鮈④松浦镜鲤 。受访者供图
■采访人员 张晴丹
在脊椎动物里，只有很少的多倍化物种 。生活中常见的“四大家鱼”——青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼均是二倍体，而同属鲤科的鲤鱼则是异源四倍体，其广布全球所需的优异适应能力和丰富的表型，究竟从何而来？另外，多倍体脊椎动物是否存在趋同进化？这一问题也待解答 。
日前发表于《自然—遗传学》的一项研究中，中国水产科学研究院生物技术研究中心研究员李炯棠团队与该院黑龙江水产研究所、淡水渔业研究中心等单位合作，首次在多倍体脊椎动物中观察到亚基因组趋同进化现象，系统发现了10种表达趋异策略，解析了松浦镜鲤、黄河鲤和福瑞鲤2号的基因组结构变异及其遗传效应 。
这些成果为解释多倍体适应性进化机制提供了新见解，也为鲤鱼重要性状改良提供了新的理论依据和资源 。
组装完成二倍体祖先种和近缘种基因组
与植物相比，脊椎动物的多倍体事件比较稀少，仅见于鲤科、鲟目、鲑科、爪蟾中 。鲤鱼在全球都有分布和养殖，然而，人们对鲤鱼现代育成品种的基因组信息仍缺乏深入了解，鲤鱼身上还有太多未解之谜 。
之前研究已完成了鲤鱼全基因组序列图谱绘制 。“这次，我们进一步完善了鲤鱼基因组图谱，相比以往鲤鱼基因组图谱，重要质量参数显著提升 。”论文通讯作者和第一作者李炯棠接受《中国科学报》采访时表示 。
首先，鲤鱼基因组完整性、连续性显著提高，体现在gap数量急速减少，已从57939~479190下降到13694 。其次，基因组锚定率从875Mb~1.3G提升到1.53G，染色体也更加完整 。
与鲤鱼同为异源四倍体的鲫鱼也是团队的研究重点，这篇论文还完善了鲫鱼基因注释，预测了48857个基因，相比之前的鲫鱼基因组注释结果，基因注释的完整性从92.3%提升到97.8%，缺失率从3.3%下降到0.8% 。
“我们研究发现，相比以往所比照的斑马鱼和草鱼，似刺鳊鮈是更接近鲤、鲫鱼的A和B两套亚基因组的共同近缘物种 。包括虎皮鱼在内的鲃亚科是鲤、鲫鱼的B亚基因组祖先种 。”论文共同第一作者、中国水产科学研究院助理研究员王琦在接受《中国科学报》采访时介绍 。
为更好开展后续研究，团队首次组装了近缘种似刺鳊鮈和祖先种虎皮鱼的高质量基因组，基因组锚定率分别为88.6%和86%，预测了24284个和21943个基因，缺失率仅为2%和3.6% 。
“高质量连续的基因组，是进化研究的重要前提 。这次基因组的更新，为后续研究奠定了坚实的基础 。”王琦说 。
打破传统认知的惊奇发现
传统观点认为，基因组多倍化后容易发生DNA片段快速丢失、假基因化、亚基因组融合等事件，使得基因组恢复到二倍化水平，并造成亚基因组间存在结构和序列差异，这被称为趋异进化 。但亚基因组的趋同进化现象，一直未被发现 。
“利用似刺鳊鮈和虎皮鱼基因组为参照系，我们发现A和B两套亚基因组在两个祖先种杂交后趋向更加相似——‘趋同’，而不是趋向差异——‘趋异’ 。”这些结果完全不同于传统观点的趋异情况，让研究团队感到非常新奇，这也是首次在多倍体脊椎动物中发现亚基因组趋同进化现象 。
鲤、鲫鱼的A和B两套亚基因组越来越趋向一致，那么它们是如何在进化中稳定共存的？在不同时空事件中又是如何协调发挥功能的？
“它们之间存在着10种表达趋异策略，以更加灵活地协调时空表达调控并促进两套染色体稳定共存 。”李炯棠说 。
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