海马背景相关体色变化的遗传基础、进化适应及其对观赏养殖的启示

《Reviews in Fish Biology and Fisheries》：Background-associated skin color change in seahorses: genetic bases, evolutionary adaptations and implications for ornamental aquaculture

　　

摘要

体色是决定养殖鱼类和观赏鱼类感知品质与养殖价值的主要因素。在各类动物中，体色变化还支撑着通讯、防御和环境适应等功能。海马（海龙科）以伪装和拟态著称，表现出渐进且稳定的、依赖于背景的体色转变。线海马（Hippocampus erectus）在暴露于不同环境中时，会在数天内改变其体色；而在较短的观察期内，遮眼操作后未观察到可检测的体色变化。这一结果与视觉输入可能对与背景相关的体色变化有所贡献的假说相符，但并未确立视觉感知的因果关系。通过整合跨海马、爬行动物和两栖动物的比较基因组学与趋同性检验，我们鉴定出了趋同进化、正选择或快速进化基因的重叠集合。涉及视觉通路、突触传递和黏附依赖性细胞骨架调控的基因在这一共享基因集中占据显著地位，代表性位点如etv1、sv2b和itgb1bp1，提示这些通路构成了体色调节的保守调控骨架。在体色变化过程中，眼睛上调视觉感知相关基因，大脑出现昼夜节律和神经调控通路的改变，皮肤则表现出黑色素生成减少以及色素运输改变的特征；然而不同色型之间的基因表达谱仍大体相似，这与基于现有色素颗粒重新分布而非色型特异性合成的机制相符。总之，这些结果与所提出的视觉-神经-皮肤框架一致，该框架将环境线索与色素细胞动力学相联系，阐明了海马体色可塑性的机制与进化基础，并提示在圈养条件下，经过精心设计的有色基质和背景结构可用于以可预测且符合动物福利要求的方式引导体色变化。