水生所新进展揭示：这种“活化石”鱼类与四足动物基因组相似度，甚至高于鱼类

湖北日报讯（记者李玉麟、通讯员王成、杨连东）你知道吗？有些鱼类在地球上生活了数亿年，模样、生活习惯甚至基因都没怎么变，它们被科学家称为“活化石”鱼类，如矛尾鱼、肺鱼、雀鳝等。近日，中国科学院水生生物研究所（以下简称“水生所”）何舜平院士团队联合美国耶鲁大学科研人员，深入研究“活化石”雀鳝目鱼类的基因密码，揭开了这些“活化石”亿年不变的奥秘。更令人惊讶的是，研究人员发现这些“活化石”鱼类与四足动物的基因组相似度，甚至高于近缘的真骨鱼类。

论文插图

“活化石”鱼类经历了数亿年的演化，但其形态、生态甚至基因组结构却变化缓慢，展现出远低于大多数现代鱼类的演化速率。正因如此，它们保留了大量来自地质历史深处的生物学信息，是探索鱼类多样化进程、脊椎动物关键演化创新（例如从水生到陆生的转变）以及基因组演化模式的重要研究对象。

在前期工作的基础上，水生所何舜平院士团队进一步与耶鲁大学托马斯・J・尼尔（Thomas J. Near）教授团队合作，深入研究了雀鳝目鱼类形态变化缓慢的基因组学机制。

研究团队首先给两种雀鳝——鳄雀鳝和长吻雀鳝，绘制了高精度的“基因地图”（染色体级基因组）。研究发现，两个属的鱼类虽然在1亿多年前就分化了，但依然有83.35%的基因组完全一致。而且它们基因组大小的差异甚微，几乎都是因为个别碱基的“插入”或“缺失”，并没有发生大规模的结构重组。更妙的是，雀鳝体内的“小染色体”比“大染色体”更稳定，上面还集中了很多负责DNA修复、细胞凋亡的基因，能够帮雀鳝维持基因稳定。研究发现，“活化石”雀鳝基因演化速率极其缓慢，染色体重排率仅约0.5次/百万年；其与四足动物的基因组相似度甚至高于近缘的真骨鱼类；而且它们转座元件（又被称作“跳跃基因”）的产生率与活跃度，在脊椎动物中最低。科学家推测，这些都是维持基因组稳定性的重要原因。

更神奇的是，这两种在白垩纪时期就已经分化了的雀鳝目鱼类，一亿多年后居然还能跨属杂交，并且能生下可以存活的后代。科学家经过群体基因组分析认为，这源于它们长期保持基因组稳定、保守，且基因之间“排斥性”低。

相关研究成果以“Stable genome structures in living fossil fishes”（活化石鱼类中稳定的基因组结构）为题，在线发表于基因组学领域期刊《基因组研究》（Genome Research）。

据介绍，水生所何舜平院士团队在“活化石”鱼类基因组进化研究领域深耕多年，持续产出具有国际影响力的原创成果。2021年，在对早期辐鳍鱼类与肺鱼等代表性“活化石”鱼类的研究中，团队在《Cell》期刊发表2项研究成果，表明脊椎动物适应陆地生活的遗传蓝图在远古时期即已布局，因此还入选了2021年“中国生命科学十大进展”。2023年，团队联合美国耶鲁大学Thomas J.Near教授重建了雀鳝目鱼类在中生代以来与大陆漂移同步变化的迁徙与隔离历史。上述一系列研究奠定了何舜平院士团队在“活化石”鱼类基因组进化研究领域的长期引领地位。