鲱鱼基因组为物种如何适应环境提供了新的见解

物种如何在遗传上适应环境是与生物多样性演变相关的核心问题。在一项新的研究中，乌普萨拉大学的科学家和他们的同事报告说，大西洋和波罗的海鲱鱼的全基因组测序显示，数百个位点适应了咸水波罗的海或繁殖时间。该研究于今天在eLife上发表。

大西洋鲱鱼是世界上最丰富的鱼类之一，也是北欧重要的食物资源。一所鲱鱼学校可能包含数十亿条鱼，据估计，沿着挪威海岸鲱鱼产卵的重量只是挪威人口重量的三倍!基于极少数基因的先前研究几乎没有揭示来自不同地理区域的鲱鱼之间的任何遗传差异。这是出乎意料的，因为大西洋鲱鱼是少数可以在整个咸淡水波罗的海中繁殖的海洋物种之一，这可能比大西洋咸约十分之一。这种意想不到的发现可以用至少两种不同的方式来解释。首先，也许大西洋鲱鱼足够灵活，能够适应不同的环境(即 高盐度或低盐度)没有太多的遗传变化。其次，之前的研究只关注了大西洋鲱鱼基因组中的少数几个位点，因此有可能其他基因的遗传差异反而控制了这种鱼的适应性。

瑞典大学乌普萨拉大学教授Leif Andersson解释说：“我参与了其中一项早期研究，作为20世纪70年代后期斯德哥尔摩大学的一名本科生，在过去的35年里，我想知道这些解释中的哪一种是正确的。”该研究的领导者是农业科学和得克萨斯A&M大学。我确信通过应用已经彻底改变生物学的新测序技术，我们最终会得到最终答案。

“这项新的研究表明，大西洋鲱鱼是研究生态适应基因的理想模型，”Leif Andersson说。首先，它具有很强的适应性，并且在产卵时间方面表现出相当大的差异。其次，种群规模巨大，这使得基因变异频率的随机波动变得不那么重要。因此，用于检测自然选择的信噪比在该物种中特别好。

现在，科学家们对来自大西洋和波罗的海鲱鱼群的整个基因组进行了测序，并揭示了数百个与波罗的海适应相关的遗址。该研究还通过比较秋季产卵和春季产卵的鲱鱼，确定了一些控制这些鱼繁殖时间的基因。这很重要，因为自然种群在繁殖时必须仔细考虑，以最大限度地提高幼儿的存活率。这些新发现提供了令人信服的证据，即蛋白质编码基因的变化和调节基因表达的DNA片段都有助于适应。该研究还表明，通过累积影响同一基因的多个序列变化，有助于适应的基因变体可能随着时间的推移而进化。

“大西洋鲱鱼拥有丰富的工具箱，由基因变体组成，是其适应环境的基础，”Sangeet Lamichhaney博士生和共享第一作者解释道。鲱鱼的不同亚群具有其自身的最佳自适应基因变体组。例如，秋季产卵鲱鱼和来自波罗的海的春季产卵鲱鱼都有基因变异，有利于适应低盐度。然而，秋季产卵的波罗的海鲱鱼也有共同的基因变种，可以控制从北海产卵的鲱鱼的繁殖时间。

该研究有许多重要意义。

“鲱鱼渔业是世界上第五大渔业，我们现在揭示的有关鲱鱼种群生物学的丰富信息可用于开发更准确的种群评估，从而实现更可持续的渔业，”科学家科学家Alvaro Martinez Barrio说。生命实验室和共享第一作者。此外，我们对控制繁殖时间的基因的鉴定对物种如何应对气候变化具有影响，因为全球变暖可能导致繁殖的最佳时间发生变化。

良好科学的一个显着特征是它回答了旧问题，但为未来的研究提出了新的问题。科学家们现在已经揭示了鲱鱼基因组中500多个位点，这些位点是生态适应的基础，这为未来的研究提供了金矿。这些基因中的一些先前已经与人类疾病相关联，因此通常被很好地研究，而其他基因的功能是完全未知的。

“我相信，对与生态适应相关的丰富基因集合的进一步研究将导致关于基因功能的新基础知识，这些基因功能也将与人类医学相关，因为鲱鱼中的大多数基因也存在于人类中，并且预计会具有类似的功能，“Leif Andersson说。