Science：基因组测序揭示电鱼的惊人秘密

　　

生物通报道  第一次，研究人员完成了对电鳗（electric eel）的基因组测序。研究发现揭示出了带有发电器官的鱼类如何在生命史中进化6次，实现体外发电的惊人秘密。

发表在最新一期《科学》（Science）杂志上的这项研究，阐明了被利用来进化出这些复杂的新奇器官的遗传蓝图。密歇根州立大学、威斯康辛麦迪逊大学、德克萨斯大学奥斯汀分校和Systemix学院共同领导了这一研究。

研究的共同主要作者、密歇根州立大学动物学家Jason Gallant说：“这些在6个鱼类种群中完全独立进化的像发电器一样的复杂结构，似乎共享了相同的遗传工具箱，这真是令人感到兴奋。利用基因组学，生物学家们开始了解到进化创造了来自同一原材料的相似结构，即便是生物体之间并没有密切的亲缘关系。”

在世界范围内的6大谱系中有成百上千的电鱼物种。它们的多样性如此之大，以致达尔文都将电鱼引为趋同进化的关键例子。趋同进化即是指进化上相距甚远的动物，独立进化出相似的性状适应一种特殊的环境或生态微环境的现象（延伸阅读：Science重要发现：令人惊奇的不谋而合 ）。

所有的肌肉和神经细胞都有电位。简单的肌肉收缩就可释放很小的电压。在1亿到2亿年前，一些鱼的肌肉细胞进化为发电细胞，这些发电细胞按顺序排列，能够生成比肌肉细胞更高的电压，开始放大电位。

论文的共同作者、威斯康辛麦迪逊大学研究生Lindsay Traeger说：“进化消除了肌肉细胞的收缩能力，改变了细胞膜上一些蛋白质的分布；现在发电细胞所做的就是推动离子跨越细胞膜生成大正电荷电流。”

“就像手电筒中串联叠置的电池一样，发电细胞的‘串联排列’和每个细胞独特的极性使得电压得以累积，”威斯康辛麦迪逊大学生物化学家Michael Sussman说。

电鳗的体内包含数百万这样的“电池”，它们协同运作，同时放电。

新研究提供了世界上第一个电鱼基因组组装序列。它还确定了这些动物利用来生成发电器官的一些遗传因子和发育信号通路，就电鳗而言，它的发电器官能够传送比来自标准家用电源插座的电流强数倍的电击。其他一些电鱼还利用电流来防卫、捕食、导航及通讯。

未来密歇根州立大学的研究将把焦点放在探究这些基因在发电器官发育中的作用上。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Genomic basis for the convergent evolution of electric organs

Little is known about the genetic basis of convergent traits that originate repeatedly over broad taxonomic scales. The myogenic electric organ has evolved six times in fishes to produce electric fields used in communication, navigation, predation, or defense. We have examined the genomic basis of the convergent anatomical and physiological origins of these organs by assembling the genome of the electric eel (Electrophorus electricus) and sequencing electric organ and skeletal muscle transcriptomes from three lineages that have independently evolved electric organs. Our results indicate that, despite millions of years of evolution and large differences in the morphology of electric organ cells, independent lineages have leveraged similar transcription factors and developmental and cellular pathways in the evolution of electric organs.