Science：平平无奇的太平洋岩鱼为何能活到200多岁？

加州大学伯克利分校的生物学家近日比较了生活在太平洋沿岸水域的近三分之二岩鱼物种的基因组，并揭示了一些基因差异使它们的寿命大相径庭。这项成果于上周发表在《Science》杂志上。

　　

太平洋岩鱼（rockfish）是对生活在从阿拉斯加到加利福尼亚水域的底层鱼的统称。尽管这些鱼连确切的名字都没有，但它们却是地球上寿命最长的脊椎动物之一，掌握着长寿的秘密。

一些岩鱼，比如彩色的多尔氏平鮋（Sebastes dallii），寿命仅仅只有十多年，而寿命最长的阿留申平鲉（Sebastes aleutianus）可以在寒冷的海床上生活200多年，这些鱼可在日本至阿留申群岛的水域中发现。

近日，加州大学伯克利分校的生物学家比较了生活在太平洋沿岸水域的近三分之二岩鱼物种的基因组，并揭示了一些基因差异使它们的寿命大相径庭。这项成果于上周发表在《Science》杂志上。

为了揭示影响岩鱼寿命的遗传因素，研究人员从88个岩鱼物种中采集组织样本（偶尔也会品尝一下样本），并采用PacBio的SMRT测序技术对它们的基因组进行了测序。

他们发现了多个与长寿相关的基因，其中一些基因使其适应更深的水域，另一些使其适应更大的体型，这两者都与寿命延长有关。举个例子，在哺乳动物中，大象的寿命比老鼠长。当然，群体也存在权衡，比如短命的老鼠在数量上远远超过长命的大象。

加州大学伯克利分校的助理教授、资深作者Peter Sudmant表示：“在这项研究中，我们确定了适应极端寿命的遗传原因和后果。我们很高兴能够观察一组物种，看看它们的表型是如何随时间变化而形成的，驱动这种表型的基因变化，以及这种表型如何反馈并影响该种群的遗传多样性。”

Sudmant承认，他们团队发现的许多与寿命有关的生物通路在以往其他物种的研究中就已经发现了，不过这项研究确实发现了这些通路中的几个新基因。尽管如此，这种遍布太平洋的鱼类所携带的自然变异独特地囊括了大多数影响寿命的遗传因素。

这项研究对理解人类寿命也有意义。Sudmant及其同事发现，寿命较长的物种拥有更多的免疫调节基因，特别是一组称为嗜乳脂蛋白的基因。由于免疫系统参与调节炎症，而炎症的增加与人类衰老有关，因此研究结果指出一些基因可能是减缓与年龄相关的损伤的治疗靶点。

他说：“我们有机会观察大自然，看看自然适应是如何影响寿命的，然后思考同样的基因如何在我们自己的身体中发挥作用。”

岩鱼的寿命为何有如此大的差异

研究人员开始在寿命较长的鱼类中寻找更常见的DNA变异，发现了137个与长寿相关的基因变异。然而，并非所有变异都对寿命有直接影响。他们精心分离出那些允许岩鱼适应更深的水域并长得更大的基因变异，因为这些适应本身就有延长寿命的副作用。例如，较深、较冷的水域会减缓新陈代谢，这与许多动物的寿命延长有关。

Sudmant 表示：“我们可以通过观察成熟时的大小和鱼类生活的深度来解释60%的寿命变化。因此，仅仅通过这些因素，你就可以相当准确地预测寿命。”

与长寿相关的其他变异主要涉及到三种类型的基因：修复DNA的基因数量增加；调节胰岛素的多个基因中的变异；调节免疫系统的基因的富集。更多的DNA修复基因可以帮助抵御癌症，而更多的免疫基因也有助于抵御感染和癌症。

Sudmant 表示，从本质上讲，一些岩鱼物种仅仅是通过适应生活在更深、更冷的水域和增大它们的体型来延长寿命。然而，寿命最长的物种通过调整它们的DNA修复基因、胰岛素信号和免疫调节基因，进一步延长了它们的寿命。

通过88个岩鱼基因组，研究人员还能够推断出岩鱼祖先的基因组，以及该物种是如何从1000万年前的共同祖先进化而来的。他们发现，随着寿命的延长，群体数量也随之下降。如今，一些寿命最长的物种仅以少量存在，它们依赖于古老但繁殖能力很强的雌性来补充种群。

“在这些岩鱼中，我们实际上可以观察到在这1000万年间发生的进化，我们发现，当一些物种的寿命较短时，它们的种群规模会扩大，而当它们进化为长寿命时，种群规模就会缩小。”他说。

他们还发现了一种有趣的现象，长寿物种的某些类型DNA突变过多。具体来说是核苷酸对CG（胞嘧啶-鸟嘌呤）转化为TG（胸腺嘧啶-鸟嘌呤），已知这种突变会随着年龄增长在肿瘤中积累。由于在这些长寿物种中，大部分后代都是由最年长的雌性产生的，因此这些不寻常的基因改变会遗传给其他鱼类。

Sudmant及其同事目前正在对蝙蝠、灵长类动物和其他生物的基因组进行比较，以研究与寿命、衰老、压力和其他表型差异相关的基因。不过他认为，岩鱼项目很特别。“我们经常因为进行钓鱼探险的实验而受到嘲笑，”他说。“无论从字面上还是比喻上来说，这都是一次钓鱼探险（fishing expedition）。”

原文检索：

Sree Rohit Raj Kolora, Gregory L. Owens, Juan Manuel Vazquez, Alexander Stubbs, Kamalakar Chatla, Conner Jainese, Katelin Seeto, Merit McCrea, Michael W. Sandel, Juliana A. Vianna, Katherine Maslenikov, Doris Bachtrog, James W. Orr, Milton Love, Peter H. Sudmant. Origins and evolution of extreme life span in Pacific Ocean rockfishes. Science, 2021; 374 (6569): 842 DOI: 10.1126/science.abg5332