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西北高原所在裂腹鱼类极端环境适应机制研究中取得系列进展
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2017-12-13 科技处 | 【 】【打印】【关闭

  裂腹鱼亚科隶属鲤形目中的鲤科,已知在世界上分布的有15个属和超过100个物种,广泛分布在中亚、喜马拉雅山脉和青藏高原的江河湖泊及山涧溪流中。青藏高原水体大多为低水温和高盐碱度,因此裂腹鱼类对环境表现出极强的适应性。由于复杂多样性的物种形成模式和极强的适应性,裂腹鱼类一直是进化生物学、生态学以及基因组学研究的重要类群。针对青藏高原,之前的大量研究已经从不同水平揭示了陆生动物的进化和适应的遗传机制,但关于高原鱼类的物种形成、演化历史及其极端环境适应机制的研究仍十分有限。 

  近期对青藏高原鱼类物种形成模式的研究中,发现了裂腹鱼裸鲤属中一个快速生态物种形成的案例,即分布于青海湖中的青海湖裸鲤 (Gymnocypris przewalskii przewalskii)和分布于青海湖支流甘子河中的甘子河裸鲤(Gymnocypris przewalskii ganzihonensis)的物种形成。青海湖是我国境内最大的咸水湖,位于青藏高原的东北部,形成于中更新世。地质学研究表明,古青海湖与古黄河相通,由于青藏高原“共和运动”事件的强烈地质构造运动,导致青海湖与黄河分离,青海湖遂成为封闭的内陆湖泊,水体逐渐咸化。甘子河在历史上是注入青海湖的一条河流,在青海湖封闭并且水面下降后被分离,被隔离在甘子河中的青海湖裸鲤进一步演化形成青海湖裸鲤甘子河亚种,甘子河裸鲤形成的时间也相对较晚,生存环境为淡水河流。这些类群为研究鱼类在高原极端环境(高盐碱、低温等)下的快速物种形成和适应机制提供了绝佳的素材。 

  中国科学院西北高原生物研究所赵凯研究组分别对青海湖裸鲤和甘子河裸鲤展开了比较基因组学研究,结果表明:1. 青海湖裸鲤的与能量代谢、转运和天然免疫系统相关的基因家族发生了显著的扩张;2. 青海湖裸鲤和甘子河裸鲤均呈现出在全基因组水平的分子进化速率加快的现象;3. 两种裂腹鱼中均鉴定出大量参与ATP合成、Na+/K+离子转运、Toll样受体等信号通路的基因经历了正向选择。后期的研究聚焦于Toll样受体信号通路,利用免疫组学技术鉴定了大量参与该通路的如toll-like receptor (TLR)、interferon regulatory factor (IRF)、interleukin (IL)等基因家族成员。疾病感染模型实验证实了受到正向选择的TLR等基因在应对小瓜虫感染的免疫过程中可能呈现出新功能化。同时,发现经历不同程度的选择压力的TLR和IRF等基因家族成员的组织特异性表达模式也呈现出显著分歧。以上结果首次从新的视角揭示了天然免疫基因的新功能化可能是裂腹鱼类适应青藏高原极端环境的另一项重要策略。 

  以上研究成果分别发表于BMC Genomics,BMC Evolutionary Biology和Fish & Shellfish Immunology等杂志上,赵凯研究组博士研究生童超为以上论文的第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金面上项目、中科院知识创新工程重要方向项目、中科院百人计划项目等的资助。 

  文章链接: 

  https://bmcevolbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12862-017-0925-z 

  https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-017-4352-8 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1050464815300516# 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1050464816300122 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S105046481530053X 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1050464816302741 

  

 

  青海湖裸鲤和甘子河裸鲤的地理分布与栖息环境 

  

 

  青海湖裸鲤与其他硬骨鱼类的基因组特征比较其物种分化时间 

   

  裂腹鱼类中快速进化基因的功能分类 

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