真骨鱼中氧化磷酸化旁系同源物的进化与保留：来自真鲷和欧洲鲈鱼的启示

《BMC Genomics》：Evolution and retention of oxidative phosphorylation paralogues in euteleosts: insights from gilthead seabream and European seabass

　　

摘要

背景

氧化磷酸化（OXPHOS）是细胞腺苷三磷酸（ATP）的主要来源，通过线粒体内膜上的五个多蛋白复合物产生超过90%的细胞ATP，这些复合物由线粒体基因组和核基因组共同编码。硬骨鱼经历了两轮全基因组重复后，又经历了一次硬骨鱼特有的基因组重复，是研究重复基因保留、分歧和功能特化机制的极佳系统，也是探究基因组重复如何塑造核心代谢途径的理想模型。本研究分析了真硬骨鱼中OXPHOS基因的进化，重点关注两种进化上密切相关但生态位各异、具有较高商业价值且基因组注释完善的硬骨鱼：鲷鱼（Sparus aurata）和欧洲鲈（Dicentrarchus labrax）。

结果

比较基因组学分析在鲷鱼中鉴定出23个多拷贝OXPHOS基因家族，在欧洲鲈中鉴定出21个，其中大多数可追溯至硬骨鱼特有的基因组重复事件。为验证重复OXPHOS基因保留反映剂量约束与功能分歧之间平衡的假设，我们聚焦于早期幼鱼发育阶段——这是一个以快速生长和高能量需求为特征的关键时期。转录组学分析表明，旁系同源基因之间存在差异表达模式，部分基因表现出与剂量平衡一致的稳定表达水平，而其他基因则仅在特定发育阶段表达。

结论

综上所述，我们的研究结果首次全面揭示了所研究真硬骨鱼谱系中OXPHOS旁系同源基因的进化图景，并阐明了基因组重复如何塑造核编码的OXPHOS基因库，以及可能如何参与其发育调控。这些发现突出了基因重复如何支持发育过程中线粒体能量调节的灵活性，并提示在所研究真硬骨鱼谱系中，核心代谢基因存在保守的、具有功能意义的多样化趋势。