华大基因Nature Communications发布基因组测序新成果

　　

生物通报道  来自深圳华大基因研究院的研究人员，对4种代表性的弹涂鱼（mudskippers）进行了基因组测序，由此阐明了两栖鱼类适应陆地生活环境的分子机制。相关研究论文发布于12月2日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上（延伸阅读：华大基因Science参与发布1KITE项目里程碑研究 ）。

深圳华大基因研究院的石琼(Qiong Shi)研究员、王俊（Jun Wang）研究员以及卞超（Chao Bian）是这篇论文的共同通讯作者。

在泥盆纪(the Devonian period)由水生向陆生过渡是脊椎动物进化史上最重要的事件之一，其导致了四足动物在陆地上出现。正是由于这次生物事件，现代陆地生态系统的雏形才开始形成。有意思的是，有几种在进化较晚期出现的硬骨鱼类独立地进化出了适应能力，使得它们生命中相当大的一部分时间能够在陆地上生活。对陆地生活的这些适应包括依靠空气呼吸，较高的氨耐受能力，利用胸鳍在陆地上爬行等。但目前对于这些适应的遗传基础仍知之甚少。

弹涂鱼又称跳跳鱼，是最大的一群两栖硬骨鱼类。弹涂鱼是世界上唯一一种能在陆地上活动的鱼类，它们适应独特的生境，生活在近海沿岸及河口高潮区以下的滩涂上或是咸淡水的交界处。它既能在水中呼吸，也能在空气中呼吸。在水里时，靠腮来呼吸。当它离开水时，弹涂鱼会在嘴里含上一口水，以此来延长在陆地上停留的时间。嘴里的这口水可以帮助它呼吸，就像潜水员身上背地氧气罐。尽管弹涂鱼喜欢在烈日下跑来跑去，但它终究是鱼，所以仍然得随时保持身体湿润，否则就会死亡。

弹涂鱼的眼睛突出于头顶，长得像灯泡似的。它的眼睛具有很强的视力，能看见混浊不清的水下物体。腹鳍呈吸盘状，能固定和支撑身体。胸鳍的肌肉特别发达，有利于爬行和跳跃。当弹涂鱼在水里时，把鳍当成浆，能自由地划行。离开水时，前鳍就会变得像腿一样，在陆地上行走、爬升和跳跃。

目前，国际上所称的弹涂鱼类共有4个属，大弹涂鱼属（Boleophthalmus）、弹涂鱼属（Periophthalmus）、青弹涂鱼属（Scartelaos）和齿弹涂鱼属(Periophthalmodon)，这些鱼类代表了对陆地生活不同程度的适应。因此，弹涂鱼是我们了解两栖类动物适应陆地生活潜在遗传改变的理想生物。

在这篇新文章中研究人员报告称对四种代表性的弹涂鱼进行了全基因组测序，阐明了这些适应潜在的分子机制。他们发现弹涂鱼中一些先天免疫系统基因发生了扩增，有可能提供了对陆地病原体的防御能力。弹涂鱼鳃中几个与氨排泄通路相关的基因经历了正选择，表明它们在弹涂鱼对于环境氨的耐受中起重要作用。一些与视觉相关的基因差异性地丢失或突变，证实发生了与空中视觉相关的一些基因组改变。此外，对暴露于空气中的弹涂鱼进行转录组分析，研究人员还揭示出了响应缺氧上调或下调的一些调控信号通路。

当前的研究为我们了解脊椎动物从水生向陆生过渡潜在的分子机制提供了一个宝贵的资源。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Mudskipper genomes provide insights into the terrestrial adaptation of amphibious fishes

Mudskippers are amphibious fishes that have developed morphological and physiological adaptations to match their unique lifestyles. Here we perform whole-genome sequencing of four representative mudskippers to elucidate the molecular mechanisms underlying these adaptations. We discover an expansion of innate immune system genes in the mudskippers that may provide defence against terrestrial pathogens. Several genes of the ammonia excretion pathway in the gills have experienced positive selection, suggesting their important roles in mudskippers’ tolerance to environmental ammonia. Some vision-related genes are differentially lost or mutated, illustrating genomic changes associated with aerial vision. Transcriptomic analyses of mudskippers exposed to air highlight regulatory pathways that are up- or down-regulated in response to hypoxia. The present study provides a valuable resource for understanding the molecular mechanisms underlying water-to-land transition of vertebrates.