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適應(yīng)性輻射代表著生命樹的快速分支，被認為是生物多樣性的關(guān)鍵驅(qū)動因素。適應(yīng)性輻射的研究對于我們理解物種多樣化形成過程與地史和生態(tài)因子的關(guān)聯(lián)性、解析物種分化的關(guān)鍵驅(qū)動因子與生態(tài)適應(yīng)機制至關(guān)重要。在適應(yīng)性輻射過程中，與生態(tài)和生殖隔離相關(guān)的性狀在塑造生物多樣性方面發(fā)揮著重要作用。
鯉科魚類東亞特有類群是在東亞快速演化的一類天然淡水魚類類群。這一類群包括了大約44個屬和151個物種，它們表現(xiàn)出不同的產(chǎn)卵習性，反映了對不同水流條件的適應(yīng)。這一特有類群的進化輻射被認為是通過產(chǎn)卵習性的改變而演化的，包括從漂流性卵到粘性卵的轉(zhuǎn)變，以響應(yīng)江湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的形成。然而，在這種適應(yīng)性輻射下，支持產(chǎn)卵習性顯著變化的分子機制仍是未解之謎。
近日，中國科學(xué)院水生生物研究所謝平研究員團隊通過6個產(chǎn)漂流性卵代表種（產(chǎn)漂流性卵翹嘴鲌、鰱、鳙、草魚、青魚和赤眼鱒）和3個產(chǎn)粘性卵代表種（產(chǎn)粘性卵翹嘴鲌、團頭魴和達氏鲌）從生化組成、形態(tài)特征、組織化學(xué)、多組學(xué)分析、免疫熒光定位及抑制劑實驗等多層次全面揭示了支撐鯉科魚類東亞特有類群適應(yīng)性輻射的關(guān)鍵生態(tài)特征——魚卵水合作用和粘性形成的分子機制。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，鯉科魚類東亞特有類群漂流性卵通過增加卵黃蛋白的降解和Ca2+、Mg2+離子的累積來增強水合作用，而粘性卵通過產(chǎn)生粘性層和獨特的第4層來提高卵膜的粘性和硬度。多組學(xué)分析和驗證實驗表明，在適應(yīng)性輻射過程中，粘性卵通過下調(diào)“卵黃蛋白原降解途徑”、“鋅金屬蛋白酶途徑”、“泛素化-蛋白酶體途徑”，以及Ca2+和Mg2+的主動轉(zhuǎn)運途徑來降低其水合作用。同時，粘性卵通過上調(diào)微絲相關(guān)蛋白與粘性相關(guān)蛋白的交聯(lián)、卵膜硬化相關(guān)蛋白以及卵巢內(nèi)糖胺聚糖的生物合成，從而產(chǎn)生粘性。這些發(fā)現(xiàn)闡明了與淡水魚魚卵水合作用和粘性相關(guān)的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，并明晰了鯉科魚類東亞特有類群適應(yīng)輻射的關(guān)鍵分子機制。本研究提出這些關(guān)鍵的魚卵性狀很可能在這種適應(yīng)性輻射中發(fā)揮著“魔法特征”的作用。
圖1 鯉科魚類東亞特有類群適應(yīng)性輻射下兩種產(chǎn)卵習性的分子機制總結(jié)示意圖。（a）漂流性卵的水合作用機制；（b）粘性卵的粘性形成機制。
該項工作以“Molecular Mechanisms of Spawning Habits for the Adaptive Radiation of Endemic East Asian Cyprinid Fishes”為題在線發(fā)表于Research。水生所陳峰博士、王也可博士（現(xiàn)浙江大學(xué)博士后）和何君助理研究員為論文共同第一作者，謝平研究員和陳雋研究員為共同通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDB31000000）項目資助。
論文鏈接：https://spj.sciencemag.org/journals/research/aip/9827986/