近日，中國科學(xué)院水生生物研究所何舜平研究員團(tuán)隊(duì)首次解析了已知唯一具有結(jié)冰耐受能力的魚類，葛氏鱸塘鱧的基因組，轉(zhuǎn)錄組及代謝組，發(fā)現(xiàn)葛氏鱸塘鱧進(jìn)化出一系列適應(yīng)性特征來抵抗冰凍狀態(tài)。研究成果以Multi-omics investigation of freeze tolerance in the Amur sleeper, an aquatic ectothermic vertebrate為題，在線發(fā)表于進(jìn)化生物學(xué)著名期刊Molecular Biology and Evolution。中國科學(xué)院水生生物研究所楊連東青年研究員(第11批會(huì)員)為最后通訊作者。 全球超過 80%的地區(qū)呈現(xiàn)季節(jié)性寒冷或常年低溫，低溫對(duì)在這些地區(qū)棲息繁衍的動(dòng)物的生存造成了極大挑戰(zhàn)。面對(duì)低溫脅迫，一些恒溫脊椎動(dòng)物會(huì)采取冬眠的方式，而無法調(diào)節(jié)體溫的變溫脊椎動(dòng)物，會(huì)遷徙到相對(duì)溫暖的地區(qū)或者躲避在棲息地冰凍層下相對(duì)溫暖的區(qū)域，有的則可通過產(chǎn)生抗凍蛋白的方式避免體液結(jié)冰，例如南極冰魚（Chaenocephalus aceratus），還有一種并不常見的生存策略是忍受體液的結(jié)冰，例如分布在北美的木蛙（Rana sylvatica）在冬天時(shí)會(huì)凍成“冰塊”，春天時(shí)又能融化復(fù)蘇。關(guān)于結(jié)冰耐受的機(jī)制研究雖然較多，但這種復(fù)雜的適應(yīng)性進(jìn)化的遺傳基礎(chǔ)仍不清楚。 通過對(duì)已知唯一具有結(jié)冰耐受能力的魚類葛氏鱸塘鱧（Perccottus glenii）以及其近緣但不具有耐寒能力的海南新沙塘鱧（Neodontobutis hainanensis）開展了比較基因組、轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)分析。研究發(fā)現(xiàn)，葛氏鱸塘鱧與海南新沙塘鱧在約15.07百萬年前分化，葛氏鱸塘鱧具有更快的蛋白進(jìn)化速率。研究還發(fā)現(xiàn)葛氏鱸塘鱧基因組中與低代謝（如nadufaf6和atp5f1d）、細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)(如shc1、oxr1、hspa12b、ercc8、ercc6l2)、細(xì)胞骨架穩(wěn)定性（如kntc2、spc24、haus3、CTT complex、tppp）、抗凍保護(hù)劑的合成（如g6pc和g3pp）與跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)(如aqp3、aqp4、glut2)以及神經(jīng)傳遞相關(guān)基因(如adora、gabrg2、mglur5、fbxo2)發(fā)生了正選擇、快速進(jìn)化或特異性擴(kuò)張，并進(jìn)一步揭示了相關(guān)基因在結(jié)冰前，結(jié)冰期和復(fù)蘇期的表達(dá)調(diào)控模式，這些基因的適應(yīng)性變化可能在葛氏鱸塘鱧結(jié)冰耐受中扮演重要的作用。同時(shí)，代謝組學(xué)分析揭示了與抗氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)的多種代謝物的含量變化并發(fā)現(xiàn)了多種糖類、醇和氨基酸可能是葛氏鱸塘鱧的抗凍保護(hù)劑。這些結(jié)果為深入理解變溫脊椎動(dòng)物結(jié)冰耐受適應(yīng)的分子機(jī)制提供了證據(jù)，也為醫(yī)學(xué)上抗凍保護(hù)劑的研發(fā)以及揭示人類神經(jīng)相關(guān)疾�。ㄈ缃箲]癥）的致病機(jī)理提供了參考。 中國科學(xué)院水生生物研究所博士畢業(yè)生姜海峰（現(xiàn)為西北農(nóng)林科技大學(xué)副教授）和呂文琪為本文的共同第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助。 
圖1 葛氏鱸塘鱧結(jié)冰期和復(fù)蘇期的轉(zhuǎn)錄及代謝調(diào)控
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