狮子鱼如何适应深渊环境看看以下研究成果

深海环境具有高压、温差巨大、终年无光、食物匮乏等特殊极端条件，是常规生命形式的禁区，米以下的深海被称作海斗深渊。今天小编就给大家分享一篇发表在NatureEcologyEvolution文章，其主角就是来自马里亚纳超深渊的狮子鱼，文章引用信息如下（DOI：10./s---8）：

海洋水深6,到11,米之间区域称为深海带或者超深渊带，是地球上最恶劣的环境之一，具有高静水压，黑暗，食物匮乏，低温和缺氧等特征。然而，在这些恶劣环境中生命仍然蓬勃发展。20世纪50年代进行的超深渊探险活动发现了数百种栖息物种，包括微生物、原生生物、蠕虫、多孔动物、软体动物、棘皮类、甲壳类、刺胞动物及鱼类。

最常见的深渊脊椎动物是狮子鱼，栖息广泛，从潮间带到深度超过8,米海区均有狮子鱼分布，此外，最近研究表明，狮子鱼是深海带食物网中的顶级捕食者，并主导深海带鱼类组成。然而，我们对狮子鱼如何适应深海生活的遗传基础和进化历史却知之甚少。

本文在马里亚纳海沟进行了一次探险活动中，在水深7,米深处发现一新种狮子鱼，Pseudoliparisswireip，并收集了Pseudoliparisswireip个体，对其基因组进行测序，并利用比较形态学，转录组学分析，揭示其适应深海相关的遗传机制。

一、马里亚纳超深渊狮子鱼（MHS）形态特征

MHS皮肤透明，通过皮肤和腹壁可见其肌肉和内脏。为适应深渊环境，胃，肝和卵增大，肌肉更薄和骨骼不完全骨化。

二、马里亚纳超深渊狮子鱼（MHS）进化史

利用MHS、Tanaka’ssnailfish（一种狮子鱼）、刺鱼、比目鱼、太平洋蓝鳍金枪鱼、河豚、新月鱼、鳕鱼、斑马鱼共9种硬骨鱼构建系统进化树，据估计，MHS和Tanaka’ssnailfish的分化时间大约在万年前，而且大约5万年前，MHS种群出现扩张。

三、MHS在整个基因组中变异率较低，但蛋白质进化率较高

在这9种硬骨鱼中，MHS基因组具有较低突变率，前期研究表明突变率收到环境，代谢率，生活特征，特别是繁殖率等影响。而超深渊物种的代谢率相对较低，巧合的是，我们观察到雌性MHS产生的卵数量少于但颗粒大于其他雌性狮子鱼，这表明它们可能具有专门的繁殖策略，延长其繁殖时间。MHS可能通过延长繁殖时间来降低其突变率。

尽管MHS的核苷酸水平突变率很低，但其蛋白质序列的进化速度似乎与其他物种相似。

四、MHS特殊表型的分子基础

生活在地球表面的脊椎动物有封闭的头骨空间，周围环绕着坚硬的骨头，以保护大脑并保持适当的颅内压。然而，封闭的头骨在极高压的超深渊环境下无法保持其结构的完整性，因此需要一个开放的系统。因此，大多数超深渊物种是无骨生物，只有少数脊椎动物，像MHS这样进化出适应性结构特征。利用微计算机断层扫描发现MHS的颅骨并没有完全闭合，保证内部和外部压力均衡。此外，大部分骨骼由软骨组成，而不是骨化。值得注意的是，我们发现MHS基因组中调控组织矿化和骨骼发育的骨钙素基因，也被称为骨Gla蛋白(bglap)基因发生移码突变，这可能导致其软骨钙化提前终止。

7米深的海底几乎完全没有阳光，而MHS对深海着陆器的光线没有做出反应，因此，研究人员对MHS晶体蛋白和视蛋白基因的变化进行比较基因组分析，发现MHS丢失了几个重要的感光基因。转录组数据显示只有5个基因表达，其中3个基因(rho、rgrab和rgrb)在头部特异表达。MHS也丢失了皮肤色素沉着基因，身体变得透明。

五、细胞膜的变化

细胞膜是含有多种蛋白的脂质双分子层，高压会降低细胞膜的流动性及其相变的可逆性，最终导致膜相关蛋白的变性和功能紊乱；也会使膜硬化，破坏它们的传输功能。基因家族分析显示，MHS中有个基因家族明显扩张，其中与脂肪酸代谢相关的基因家族扩张最为显著。生化研究表明，深海生物细胞膜比浅海生物细胞膜含有更高的不饱和脂肪酸。有研究表明，二十二碳六烯酸(DHA)能显著改变膜的许多基本性质，而DHA生物合成的最后一步是过氧化物酶病β-oxidation,和蛋白质乙酰辅酶a酰基转移酶编码通过acaa1is病原反应酶在这一过程中。DHA生物合成的最后一步是过氧化物酶体β-氧化过程，其过程又受到acaa1基因编码的乙酰辅酶A酰基转移酶调控。我们发现MHS基因组有15个acaa1基因拷贝，而其他硬骨鱼中只有5个拷贝。另一个参与DHA生物合成的基因fasn在MHS基因组中拷贝数增加。这些变化可能会增加液体膜脂的含量，使MHS能够在世界最深的海沟中生存。

六、蛋白活性的维持

高水压抑制蛋白质功能，影响折叠和酶活性。因此，生活在深海的物种必须维持细胞内环境，以保持蛋白质的固有特性，并具有抗压能力。基于生理和结构适应的机制已被提出，以解释蛋白质功能的保存在深海生物。

生理适应机制：积累小的有机溶质，如N-氧化三甲胺(TMAO)，在高静水压下保持蛋白质功能。氧化三甲胺是一种具有重要生理功能的蛋白质稳定剂，可以使变性后的蛋白质恢复到原来的结构。TMAO在硬骨鱼类中的丰度随其生活水域深度的增加而增加，在所有组织中，深海物种的氧化三甲胺含量都明显高于浅海物种。大多数硬骨鱼基因组中包含5个TMAO生成酶(fmo3)的拷贝，其中4个是串联重复，这四个串联重复基因中的第一个基因(fmo3a)在MHS的肝脏中高表达。

结构适应性机制：氨基酸替代模式和蛋白质结构的改变，可以抵消压力对蛋白质功能的影响。有研究发现部分蛋白质的进化模式与静水压力相关，因此，我们进一步研究MHS的基因家族是否在同源位置上与祖先基因型有氨基酸替代模式的改变。发现MHS中hsp90蛋白的5个拷贝中的4个发生丙氨酸-丝氨酸的替换，hsp90在人类、小鼠、鸡、变色龙和酵母的相应蛋白中高度保守的一个位点上，同样发生氨基酸替换。在这样一个保守的位置，置换的复发和固定表明它很可能有利于MHS的适应。

△内容来源：水生动物健康评估，作者：珞珈之巅，图片来自网络，版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们删文

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