新聞科研進(jìn)展
水生所關(guān)于魚(yú)類(lèi)結(jié)冰耐受適應(yīng)的分子機(jī)制研究取得重要進(jìn)展
溫度是影響生物生存、繁殖和分布的重要因素。在極端寒冷的環(huán)境下，一些恒溫脊椎動(dòng)物會(huì)采取冬眠的方式，而無(wú)法調(diào)節(jié)體溫的變溫脊椎動(dòng)物，例如南極冰魚(yú)可通過(guò)產(chǎn)生抗凍蛋白的方式避免體液結(jié)冰。還有一種并不常見(jiàn)的生存策略是忍受體液的結(jié)冰，例如分布在北美的木蛙在冬天時(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。
中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所何舜平研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)已知唯一具有結(jié)冰耐受能力的魚(yú)類(lèi)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(kāi)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約在1千5百萬(wàn)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)胞壓力反應(yīng)(如shc1, oxr1, hspa12b, ercc8和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aqp1, aqp3, aqp4, aqp7和glut2)以及神經(jīng)傳遞相關(guān)基因(如adora, gabrg2, mglur5和fbxo2)發(fā)生了快速進(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)冰前期、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)冰耐受中發(fā)揮重要的作用。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(lèi)、醇和氨基酸可能是葛氏鱸塘鱧的抗凍保護(hù)劑（圖1）。
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)上的抗凍保護(hù)劑研發(fā)以及揭示人類(lèi)神經(jīng)相關(guān)疾病如抑郁癥等疾病的致病機(jī)理提供了參考。
本研究由博士畢業(yè)生姜海峰（現(xiàn)為西北農(nóng)林科技大學(xué)副教授）等人完成，青年研究員楊連東為最后通訊作者。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表于Molecular Biology and Evolution（文章鏈接https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msad040/7048473?searchresult=1）。
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