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魚類為了適應復雜多變的生存環境，進化出多樣化的攝食習性。在長期進化過程中，魚類的食性依據攝食偏好，逐漸分化為肉食性、草食性和雜食性等。最近的研究揭示了嗅覺和味覺器官在魚類攝食偏好中的作用。但人們對魚類攝食偏好及其相應代謝策略的遺傳基礎、生理響應等仍知之甚少。因此，揭示魚類攝食偏好的遺傳基礎及其適應性代謝策略將為解析魚類攝食習性和代謝的進化提供重要基礎。
長吻鮠（Leiocassis longirostris Günther）是分布于長江水系為主的高價值經濟魚類，整個生活史階段都是典型的肉食性魚類，其代謝特征是蛋白需求高、糖利用能力低。草魚在仔魚階段是肉食性，到幼魚階段逐漸轉變為草食性，是研究魚類從肉食性向草食性的食性轉變機制的理想模型。中國科學院水生生物研究所魚類生理生態學研究團隊前期發現，草魚和長吻鮠在營養物質代謝中差異顯著，草食性草魚相較于肉食性長吻鮠，在消化、吸收、轉運等代謝過程中展現出更強的糖利用能力，如草魚淀粉酶活力是長吻鮠淀粉酶活力的20~80倍（Su et al. 2020;Su et al. 2021）。但是魚類攝食偏好和代謝特征的關聯機制及其遺傳基礎仍不明確。
基于此，研究團隊采用第三代Nanopore測序技術結合Hi-C輔助組裝技術，成功完成了長吻鮠的全基因組測序。對長吻鮠和草魚進行比較基因組學分析后，通過正選擇和快速進化的聯合分析鑒定出包括味覺受體1型成員3（tas1r3）、胰蛋白酶（trypsin）等250個基因。相對于草魚，長吻鮠的收縮、擴張、正選擇和快速進化基因分析結果表明，肉食性長吻鮠表現出顯著的攝食偏好（tas1r3-calhm-cck信號）和相應的蛋白代謝特征（trypsin-lap3-cars2信號），草食性草魚則以糖代謝途徑（slc2a9-ppp1r3g-chrebp信號）為主。進一步研究發現，tas1r3基因在肉食性魚類對食物的選擇中起到關鍵作用。分別在tas1r3基因缺失的斑馬魚、肉食性向草食性轉換的草魚模型中，證實了tas1r3基因對肉食性魚類攝食偏好的必要性。在此基礎上，對肉食性長吻鮠和大口黑鱸、草食性草魚和團頭魴分析結果表明，胰蛋白酶活性及營養物質代謝特征譜的顯著變化伴隨著魚類攝食食性的改變，進一步證實了魚類攝食選擇與相應代謝策略的密切關聯。
長吻鮠和草魚的比較基因組分析：攝食偏好與相應代謝途徑
研究揭示了魚類攝食偏好與代謝策略之間的保守適應性，為理解魚類攝食習性和代謝的進化提供了重要支撐，也為魚類食性轉換的營養學、遺傳學操作提供了重要基礎。
該研究成果以“The Chinese longsnout catfish genome provides novel insights into the feeding preference and corresponding metabolic strategy of carnivores”為題發表于Genome Research（2024,34: 981-996）。水生所劉雨龍博士、翟剛副研究員、宿敬志博士為論文共同第一作者，水生所韓冬研究員、解綬啟研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃課題（2023YFD2400605,2022YFD2400900）等的資助。