科研進展
在演化生物學中,“古代魚”及其代表的“活化石”魚類長期被視為理解物種演化的重要窗口。所謂“活化石”魚類,是指那些在漫長的地質歷史中保持著極為古老、形態特征穩定的物種,如矛尾魚、肺魚、雀鱔等。這些譜系通常經歷了數億年的演化,但其形態、生態甚至基因組結構卻變化緩慢,展現出遠低于大多數現代魚類的演化速率。正因如此,它們保留了大量來自地質歷史深處的生物學信息,是探索魚類多樣化進程、脊椎動物關鍵演化創新(例如水生到陸生的轉變)、以及基因組演化模式的重要研究對象。
在前期工作的基礎上,中國科學院水生生物研究所何舜平院士團隊進一步與耶魯大學Thomas J. Near教授團隊合作,深入研究了雀鱔目魚類形態變化緩慢的基因組學機制。研究團隊首先獲得鱷雀鱔屬的鱷雀鱔與雀鱔屬的長吻雀鱔的染色體級基因組。研究發現了兩個屬魚類在染色體結構上存在融合事件,并揭示了驚人的保守性:兩個屬魚類在分化超過1億年后,依然有83.35%的基因組完全一致;基因組大小差異幾乎全部源于單堿基的插入/缺失,而非大規模結構變化;微染色體結構比大染色體更加穩定,且顯著富集于DNA修復與細胞凋亡相關基因;演化速率極度緩慢,染色體重排率僅約 0.5 次/百萬年;與四足動物的基因組相似度甚至高于近緣的真骨魚類;轉座元件的產生率與活躍度在脊椎動物中最低,推測其低活性是維持基因組穩定性的重要原因。令人驚訝的是,白堊紀分化的兩個屬在現生環境中依然可以跨屬雜交并產生可存活后代。群體基因組分析顯示,兩個屬雖存在明顯的譜系分化,歷史上仍有有限的基因流事件,這種持續的雜交能力或源于它們長期的基因組結構保守與低分子不相容性。
研究成果以“Stable genome structures in living fossil fishes”為題,在線發表于基因組學領域期刊Genome Research。中國科學院水生生物研究所特別研究助理王成與耶魯大學Chase D. Brownstein為論文共同第一作者,水生所何舜平院士、楊連東研究員與耶魯大學Thomas J. Near教授為共同通訊作者。
水生所何舜平院士團隊在“活化石”魚類基因組演化研究領域深耕多年,持續產出具有國際影響力的原創成果。2021年,在對早期輻鰭魚類與肺魚等代表性“活化石”魚類的研究中,團隊在Cell期刊背靠背發表2項研究成果,首次展示了早期輻鰭魚類體內與肢體發育相關的調控元件在四足動物出現前便已存在,并通過轉錄組和功能驗證揭示了魚鰾與肺的同源性以及心血管調控網絡的高度保守性,表明脊椎動物適應陸地生活的遺傳藍圖在遠古時期即已布局。2023年,團隊聯合美國耶魯大學Thomas J. Near教授在Systematic Biology期刊發表了雀鱔目魚類系統發育基因組學與生物地理學研究成果,通過整合1105個外顯子序列與跨越1億年的化石形態數據,重建了雀鱔目魚類在中生代以來與大陸漂移同步變化的遷徙與隔離歷史,并提出了適用于更古老譜系的生物地理重建新范式。上述一系列研究不僅深化了科學界對“活化石”魚類演化規律的認識,也奠定了何舜平院士團隊在“活化石”魚類基因組演化研究領域的長期引領地位。

相關論文鏈接:
1)Cell論文:Tracing the genetic footprints of vertebrate landing in non-teleost ray-finned fishes
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867421000891
2)Cell論文:African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867421000908
3)Systematic Biology論文:Phylogenomics of the Ancient and Species-Depauperate Gars Tracks 150 Million Years of Continental Fragmentation in the Northern Hemisphere
https://academic.oup.com/sysbio/article/72/1/213/6946847
4)Genome Research論文:Stable genome structures in living fossil fishes
https://genome.cshlp.org/content/early/2026/01/13/gr.280800.125
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