人类扰动百年影响下迁徙性大西洋鳕鱼基因组特征的演变

研究人员针对人类活动对海洋生态系统的影响，通过全基因组测序技术，分析了标志性迁徙鱼类大西洋鳕鱼（Gadus morhua）在巴伦支海种群过去一个世纪的基因组特征变化。研究发现NEAC（东北北极鳕）与NCC（挪威沿岸鳕）的基因混合程度随时间变化，特别是在渔业强化和海洋变暖的现代时期更为显著。研究揭示了渔业压力、世代时间缩短和海洋变暖共同驱动了基因组特征的变化，为未来渔业管理提供了重要依据。

　　

海洋生态系统正面临着前所未有的挑战，人类活动带来的渔业捕捞压力和环境变化正在深刻影响着海洋生物的生存状态。作为北大西洋最具经济价值和生态意义的物种之一，迁徙性大西洋鳕鱼（Gadus morhua）的种群动态一直备受关注。然而，这些人为扰动如何影响其基因组特征，进而导致长期进化响应，仍是一个亟待解答的科学问题。

来自挪威奥斯陆大学（University of Oslo）和挪威海洋研究所（Institute of Marine Research）的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表了一项突破性研究。研究人员利用全基因组测序技术，对巴伦支海迁徙性大西洋鳕鱼（NEAC）进行了跨越一个世纪的回顾性基因组分析，同时纳入了非迁徙性沿岸鳕鱼（NCC）作为对照。研究结合历史样本（1907-2014年）和现代样本，通过群体基因组学分析、染色体倒位基因分型、生态模型构建等方法，揭示了人类活动对这两种生态型基因组特征的深远影响。

关键技术方法包括：1）历史样本（鱼鳞和耳石）的DNA提取和全基因组测序；2）基于PCA和ADMIXTURE的群体结构分析；3）染色体倒位（LG01、LG02、LG07、LG12）基因分型；4）血红蛋白多态性分析；5）基于GAM模型的生态统计分析；6）BayPass基因组扫描检测适应性位点。

【时空群体基因组分化与混合信号】
研究发现NEAC种群在过去一个世纪中表现出周期性的基因流动模式，特别是在渔业强化和海洋变暖的近几十年（2000年后），NEAC中NCC基因组的混合程度显著增加（达17%）。PCA和ADMIXTURE分析显示，这种混合伴随着LG01和LG02倒位杂合子（HET）频率的上升。

【倒位和血红蛋白的时序频率变化】
倒位基因型频率分析揭示，与迁徙行为相关的LG01倒位在NEAC中表现出显著的时间变化趋势，DERIVED纯合型频率下降而HET型增加。血红蛋白β1基因型（与温度适应相关）也显示出与海洋温度变化相关的频率变化。

【倒位基因型与人口统计变量的关联】
GAM模型表明，LG01倒位DERIVED基因型频率与渔业死亡率（F_5.10）呈负相关，与世代时间（μ）呈正相关。个体水平分析显示，携带ANCESTRAL变异的个体性成熟年龄更早。

【选择信号检测】
Tajima's D分析发现LG01倒位区域在NEAC中表现出平衡选择的特征，而LG07倒位则呈现定向选择信号。iHS分析进一步支持了这些倒位区域受到选择压力。

【适应性分化和功能注释】
基因组扫描鉴定出多个与环境变量相关的候选基因，包括与神经发育（zeb2、adamtsl1）、铁代谢（tfrc）、免疫调节（sema4b、tgfbrap1）和生长调控（gas2、csnk2a1）相关的基因位点。

这项研究首次系统揭示了人类活动对大西洋鳕鱼基因组特征的长期影响。研究发现NEAC和NCC两种生态型之间的基因流动呈现动态变化，特别是在渔业强化和气候变暖的现代时期更为显著。这些基因组变化与倒位多态性、血红蛋白变异等适应性特征密切相关，表明人类扰动正在重塑这一重要海洋鱼类的进化轨迹。

研究的重要意义在于：1）为渔业管理提供了基因组学依据，强调需要考虑生态型混合对资源可持续利用的影响；2）揭示了倒位多态性在物种适应人类扰动中的关键作用；3）建立了环境变量与基因组特征变化的定量关系；4）为理解人类世背景下海洋生物的进化响应提供了典型案例。这些发现将有助于制定更科学的渔业管理策略，保护海洋生物多样性，应对气候变化带来的挑战。