近日,SCIENCECHINA Life Sciences(《中国科学:生命科学》英文版)在线发表了中国科学院深海科学与工程研究所何舜平研究员团队的研究成果,该研究团队公布了首个高质量的深海鳗鲡基因组,解析了其适应深海的分子机制。

该研究涉及的深海鳗鲡样本由中国的深海载人潜水器“深海勇士”号,在马里亚纳海沟3500米的深海中获得。深海鳗鲡的身体细长,皮肤为深黑色。研究人员通过形态学观察及线粒体条形码分析鉴定为褐泥蛇鳗(Ilyophis brunneus,英文名:Muddy arrowtootheel,简称MAE)。

图1. 深海鳗鲡的捕捉。(A)ArcGIS地图和海洋深度地形图。(B)深海勇士号载人潜水器。(C)深海捕捉鳗鲡的实景图。(D)捕获到了2尾深海鳗鲡样本。

为了研究深海鳗鲡适应如此恶劣深海环境的分子机制,研究人员首先通过结合Illumina高通量测序、PacBio 和Hi-C 技术,首次测序及组装出了高质量的深海鳗鲡基因组,并对深海鳗鲡基于系统发育、比较基因组等方法进行研究,阐明了其起源和适应机制。

研究结果显示:基因组中多个与维持和调节细胞骨架相关的关键基因发生了特异突变,如TUGBCP3、ITGA基因受到强烈的正选择,TUBGCP3是γ微管蛋白复合物的重要组成部分,在中心体的微管成核中起着至关重要的作用,ITGA促进微管细胞骨架稳定和调节细胞骨架组装。

研究人员还发现大量发生基因家族扩张、正选择、快速进化的基因与DNA 修复能力、细胞膜的流动性、转录与翻译过程的正常进行、能量代谢有关。此外,通过对深海鳗鲡、欧洲鳗鲡及其他几种浅海鱼类进行选择压力分析发现,深海鳗鲡的ω值要显著高于其他几种鱼类,这表明深海鳗鲡很有可能在极端的深海环境下经历了功能加速进化。这些遗传变异可能使得深海鳗鲡进化出的适应深海极端环境的能力。