中国科学院水生生物研究所发文《Cell》
2021-02-09   阅读:446  

中国科学院水生生物研究所何舜平教授领导的一个研究小组通过基因组测序发现,非硬骨鱼类――多鳍鱼、白鲟、弓鳍鱼和鳄雀鳝――具有裂片鳍鱼类(手指状)和鳐鳍鱼类(有鳍足)镶嵌基因组特征。这项研究发表在2月5日的《Cell》杂志上。

泥盆纪时期的脊椎动物进化中最突出的事件之一是从水里爬向陆地。在这个转变过程中,各种器官都经历了适应性变化,特别是那些与运动和呼吸系统有关的器官。

丰富的化石证据表明,许多与陆地进化有关的特征和功能早在裂片鳍鱼类和鳐鳍鱼类的祖先出现之前就已经存在了。因此,对早期不同谱系的鳐鳍鱼类现存物种基因组的研究可以阐明陆地过渡过程中性状进化的遗传调控过程。

研究人员制作了多鳍鱼(Polypterus senegalus)的染色体水平装配图,并起草了美洲白鲟(Polyodon spathula)、弓鳍鱼(Amia calva)和鳄雀鳝(Atractosteus spatula)的基因组装配图,这些物种是非硬骨鱼类各谱系的代表物种。

衍生的支持性附属结构的出现与陆地运动的进化有关,这是脊椎动物进化的主要转变之一。通过比较基因组分析,研究人员发现,早期不同谱系的鳐鳍鱼类表现出许多裂片鳍鱼类和鳐鳍鱼类的镶嵌基因组特征,特别是与肢体发育的调控元件有关。

因为嗅觉对脊椎动物的生存很重要。研究人员随后对嗅觉受体(OR)基因进行了表征。脊椎动物的基因组中含有多种主要在鼻腔的嗅觉上皮中表达的基因。他们发现,与这些谱系中某些物种呼吸空气的特征相一致,非硬骨鱼类具有镶嵌的OR特征,混合了两种类型OR基因。

为了了解肺的进化及其与鱼类游动膀胱的关系,研究人员对代表8种脊椎动物10个组织的355个样本进行了转录组测序。他们证实了肺和鱼鳔是同源器官,并发现在早期有鳍鱼中存在与肺相关的功能基因。

为了验证动脉圆锥是脊椎动物心脏流出道的祖先特征这一假设,研究人员从功能上验证了高度保守的元件在有颚脊椎动物心血管发育中的重要作用。这一结果表明,有颚脊椎动物的祖先已经拥有了支持空气呼吸的心肺系统的潜在基因网络。

这项研究的发现对于理解脊椎动物进化过程中的水-陆转换具有重要意义,因为它们阐明了肢体发育和呼吸系统的遗传基础。

原文检索:Tracing the genetic footprints of vertebrate landing in non-teleost ray-finned fishes

©2022年01月20日 07:20:04
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